Un team di ricercatori dell’UE ha creato un nuovo e promettente sistema di qubit basato sugli spin in interazione delle lacune confinate in un dispositivo quantistico di dimensioni nanometriche in silicio-germanio.
Le capacità di elaborazione dei supercomputer odierni può lasciare allibiti, ma si prevede che i computer quantici supereranno in futuro persino la più potente di queste macchine.
Grazie alle loro enormi velocità e potenzialità di calcolo, essi saranno in grado di risolvere problemi impossibili da gestire per qualsiasi elaboratore oggi esistente.
Il segreto insito nella potenza di elaborazione di un computer quantico risiede nel suo impiego dei bit quantistici, o qubit, ovvero le particelle subatomiche che rappresentano le unità di base delle informazioni quantistiche.
I ricercatori sostenuti dai progetti MaGnum e microSPIRE, finanziati dall’UE, hanno ora sviluppato un nuovo sistema basato su qubit, utilizzando lo spin delle cosiddette lacune. La creazione di questi qubit è descritta nel loro studio pubblicato sulla rivista Nature Materials.
Spin di lacune in interazione
In fisica, per lacuna si intende l’assenza di un elettrone in un materiale solido, che pertanto è portatore di una carica positiva.
Sebbene le lacune non siano vere particelle, sono dotate di numerose proprietà che contraddistinguono anche gli elettroni. Esse interagiscono quando si avvicinano l’una all’altra e possiedono inoltre la proprietà meccanica quantistica dello spin.
Le lacune in materiali quale il metalloide germanio sono eccellenti per gli spin qubit.
Un gruppo di ricerca ha costruito una nanostruttura composta da vari strati di germanio e silicio, che ha consentito di confinare le lacune in una regione praticamente bidimensionale.
Daniel Jirovec, primo autore dello studio, che ha coordinato il progetto MaGnum (Majorana bound states in Ge/SiGe heterostructures), ovvero l’Istituto austriaco di scienza e tecnologia, in collaborazione con il Laboratorio di epitassia nanostrutturata e spintronica del silicio (L-NESS, Laboratory for Nanostructure Epitaxy and Spintronics on Silicon) presso l’ente coordinatore del progetto microSPIRE (micro-crystals Single Photon InfraREd detectors), il Politecnico di Milano.
«I nostri colleghi dell’L-NESS hanno collocato diversi strati di silicio e germanio dello spessore di pochi nanometri ciascuno l’uno sopra all’altro. In tal modo, abbiamo potuto confinare le lacune nello strato ricco di germanio posizionato nella parte centrale della miscela», ha spiegato Jirovec in un articolo pubblicato su «HPCwire». «In cima abbiamo aggiunto piccoli cavi elettrici, i cosiddetti “gate”, per controllare il movimento delle lacune applicando una tensione elettrica sulle stesse. Le lacune a carica elettrica positiva reagiscono alla tensione e possono essere spostate in modo estremamente preciso nel proprio strato.»
Il team di ricerca si è avvalso di questa tecnica per avvicinare tra loro due lacune in modo da consentire l’interazione dei loro spin, creando così uno spin qubit. Ancora più importante è il fatto che i ricercatori sono stati in grado di creare il qubit dai 2 spin delle lacune in interazione impiegando meno di 10 millitesla di potenza del campo magnetico, un valore sostanzialmente inferiore rispetto al campo magnetico di altre configurazioni di qubit.
«Utilizzando la nostra configurazione di germanio stratificato possiamo ridurre la potenza del campo magnetico richiesta e, conseguentemente, permettere la combinazione del nostro qubit con i superconduttori, che solitamente è inibita da campi magnetici più potenti», ha affermato Jirovec, evidenziando la significatività di questo risultato.
Il progetto MaGnum, della durata di due anni, si è concluso nel marzo del 2021, mentre microSPIRE terminerà a ottobre 2021.
a cura della Redazione
Pubblicazioni
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01022-2
Sito del progetto
