I fisici dell’Università di Aalto (Finlandia) hanno stabilito un nuovo record mondiale per la durata dello stato coerente di un qubit superconduttore, l’elemento principale di un computer quantistico. Sono riusciti a raggiungere un tempo di coerenza massimo di 1 millisecondo, con un valore mediano di 0,5 millisecondi. Questo valore è notevolmente superiore ai valori precedenti, che raramente raggiungevano 0,6 millisecondi e risultavano solitamente instabili.
Nel calcolo quantistico, anche le frazioni di millisecondo contano. Più a lungo un qubit rimane in uno stato quantistico coerente, più operazioni possono essere svolte da un computer quantistico prima che si verifichino errori. Come sottolineano gli autori dello studio, tali progressi sono importanti non solo per il calcolo quantistico, ma anche per lo sviluppo di sensori e simulatori quantistici.
La chiave del successo sta nel miglioramento del design e dei materiali. I ricercatori hanno creato un nuovo tipo di qubit transmon, un tipo di qubit superconduttore resistente al rumore e ampiamente utilizzato nella moderna tecnologia quantistica. Hanno utilizzato film superconduttori ultrapuri e hanno prodotto il chip in un ambiente sterile. Gli elementi del circuito sono stati incisi mediante litografia a fascio di elettroni e le giunzioni Josephson, responsabili del comportamento quantistico, prodotte con elevata precisione.
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Particolare attenzione è stata prestata alla purezza dei materiali e alla protezione dall’ossidazione. Anche difetti microscopici possono distruggere prematuramente lo stato quantico. Il chip è stato raffreddato a una temperatura prossima allo zero assoluto in un sistema frigorifero a diluizione, quindi è stato utilizzato uno speciale amplificatore per leggere i segnali senza distorsioni.
Dei quattro qubit sul chip, uno, denominato Q2, ha mostrato prestazioni particolarmente notevoli. Ha raggiunto costantemente una coerenza superiore al millisecondo in esperimenti ripetuti, confermando la robustezza della tecnica. Risultati simili sono già stati dimostrati da ricercatori che sono riusciti a far sì che i qubit superconduttori conservassero le informazioni 10 volte più a lungo del normale.
Sebbene il risultato rappresenti un importante passo avanti, la scalabilità rimane una sfida. Garantire una coerenza stabile su centinaia o migliaia di qubit transmon su un singolo chip è molto più difficile che con una singola istanza. Tuttavia, gli autori hanno pubblicato apertamente tutti i dettagli della tecnica, inclusi circuiti, parametri e protocolli di misura, in modo che altri gruppi di ricerca possano replicare e consolidare questo successo.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Nature Communications e potrebbe avvicinare le tecnologie quantistiche alle applicazioni pratiche nel mondo reale.
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