Una nuova tecnica consente di scalare i qubit all’interno di un computer quantistico.

Gli ingegneri quantistici dell’UNSW Sydney hanno rimosso un grosso ostacolo che impediva ai computer quantistici di diventare una realtà.

Hanno scoperto una nuova tecnica che, secondo loro, sarà in grado di controllare milioni di spin qubit, le unità di base delle informazioni in un processore quantistico al silicio.

Fino ad ora, gli ingegneri e gli scienziati dei computer quantistici hanno lavorato con un modello proof-of-concept di processori quantistici dimostrando il controllo di solo una manciata di qubit.

Ma con la loro ultima ricerca, pubblicata oggi su Science Advances, il team ha trovato quello che è considerano “il pezzo mancante del puzzle” nell’architettura del computer quantistico che dovrebbe consentire il controllo di milioni di qubit necessari per calcoli straordinariamente complessi.

Il Dr. Jarryd Pla, un membro della facoltà della School of Electrical Engineering and Telecommunications dell’UNSW, afferma che il suo team di ricerca voleva risolvere il problema che aveva bloccato gli scienziati dei computer quantistici per decenni, ovvero: come controllare non solo pochi ma milioni di qubit senza occupare spazio prezioso con più cablaggio, che utilizza più elettricità e genera più calore.

“Fino a questo punto, il controllo dei qubit si affidava a noi che fornivamo campi magnetici a microonde facendo passare una corrente attraverso un filo proprietario accanto al qubit”

afferma il dott. Pla.

“Questo pone alcune vere sfide se vogliamo scalare fino a milioni di qubit di cui un computer quantistico avrà bisogno per risolvere problemi complessi, come la progettazione di nuovi vaccini”.

E ha aggiunto:

“Prima di tutto, i campi magnetici diminuiscono molto rapidamente con la distanza, quindi possiamo controllare solo quei qubit più vicini al filo. Ciò significa che dovremmo aggiungere sempre più fili man mano che introduciamo sempre più qubit, questo risulterebbe molto complesso.”

E poiché il chip deve funzionare a temperature inferiori a -270°C, il Dr. Pla afferma che l’introduzione di più fili genererebbe troppo calore nel chip, interferendo con l’affidabilità dei qubit.

“Quindi torniamo a essere in grado di controllare solo pochi qubit con questa tecnica che utilizza un filo conduttore”

afferma il dott. Pla.

La soluzione a questo problema ha comportato una rivisitazione completa della struttura del chip di silicio.

Piuttosto che avere migliaia di fili di controllo sullo stesso chip di silicio, il team ha esaminato la fattibilità di generare un campo magnetico dall’alto del chip in grado di manipolare tutti i qubit contemporaneamente.

Questa idea di controllare tutti i qubit contemporaneamente è stata posta per la prima volta dagli scienziati di informatica quantistica negli anni ’90, ma finora nessuno aveva trovato un modo pratico per farlo.

“Prima abbiamo rimosso il filo accanto ai qubit e poi abbiamo trovato un nuovo modo per fornire campi di controllo magnetici a frequenza di microonde attraverso l’intero sistema. Quindi, in linea di principio, potremmo fornire campi di controllo fino a quattro milioni di qubit”

Ha detto il dott. Pla.

Il Dr. Pla e il team hanno introdotto un nuovo componente direttamente sopra il chip di silicio, un prisma di cristallo chiamato risonatore dielettrico. Quando le microonde vengono dirette nel risonatore, focalizza la lunghezza d’onda delle microonde su una dimensione molto più piccola.

“Il risonatore dielettrico riduce la lunghezza d’onda al di sotto di un millimetro, quindi ora abbiamo una conversione molto efficiente della potenza delle microonde nel campo magnetico che controlla gli spin di tutti i qubit. Ci sono due innovazioni chiave qui. La prima è che non dobbiamo mettere molta potenza per ottenere un forte campo di guida per i qubit, il che significa in modo cruciale che non generiamo molto calore. La seconda è che il campo è molto uniforme in tutto il chip, in modo che milioni di qubit abbiano tutti lo stesso livello di controllo”.

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