Gli elementi costitutivi di un computer quantistico possono ora essere realizzati in fabbrica

I primi qubit fuori dalla catena di montaggio sono reali. Gli elementi costitutivi dei computer quantistici sono stati prodotti per la prima volta utilizzando la stessa tecnologia di produzione di massa dei chip dei computer di oggi. L’aumento della produzione è un passo importante verso un computer quantistico serio.

I computer quantistici sono promettenti perché, grazie alle proprietà quantistiche dei qubit, possono eseguire alcuni calcoli contemporaneamente e quindi in modo estremamente rapido. La promessa è che in futuro saranno in grado di calcolare il comportamento delle molecole, ad esempio, per prevedere l’effetto di determinati farmaci.

Ma per i computer quantistici ad alte prestazioni, hai rapidamente bisogno di un milione di qubit. La maggior parte dei qubit su cui stanno lavorando i ricercatori di tutto il mondo vengono ancora realizzati uno per uno in camere bianche, aree prive di polvere e istituti di ricerca. Questo è molto preciso, ma anche molto lento.

I qubit che sembrano adatti per l’aggiornamento sono chiamati spin qubit, che consistono in un elettrone intrappolato in una specie di gabbia fatta di materiale semiconduttore. “I ricercatori scrivono da anni che questi qubit sono ideali per l’aggiornamento perché sono piccoli e possono essere prodotti dall’attuale industria dei semiconduttori che produce chip per computer”, afferma Anne-Marije Zwerver del QuTech Institute di Delft. “Ora abbiamo finalmente dimostrato che questo è vero”. Per questo, i ricercatori QuTech hanno lavorato con gli ingegneri del produttore di chip Intel. I loro risultati sono stati pubblicati la scorsa settimana nella rivista di settore elettronica della natura†

bel trucco

Per creare uno spin qubit, devi iniziare con un punto quantico che funge da gabbia. Le strutture dei punti quantici sono molto simili ai transistor che trovi su un chip di computer. Entrambi sono realizzati in silicio semiconduttore con piccoli pezzi di metallo sulla parte superiore attraverso i quali possono fluire correnti elettriche. Questo accordo ha consentito agli ingegneri Intel esperti di creare punti quantici utilizzando la loro tecnologia di produzione di massa. Ma questo si è rivelato meno semplice del previsto.

Le strutture sono leggermente diverse da quelle dei transistor e i qubit sono molto sensibili. La domanda era se macchine di produzione di massa grossolane e rigide fossero in grado di realizzare queste strutture precise senza interrompere il sistema. Per anni, gli ingegneri Intel e i ricercatori QuTech hanno rimbalzato avanti e indietro con progetti e prototipi di punti quantici. E ora ha funzionato. Utilizzando la stessa macchina utilizzata da Intel per la produzione in serie di chip, i ricercatori hanno creato qubit. “E la sua qualità è paragonabile ai migliori qubit che attualmente produciamo nei nostri laboratori di ricerca”, afferma Zwerver.

Siamo passati da un massimo di venti qubit a decine di migliaia per ciclo di produzione

Anne Marie Zwerver QuTech

“È come se prima scrivessimo calligrafia e ora possiamo stampare testi”, continua. “Siamo stati molto precisi e flessibili su ciò che possiamo realizzare nelle nostre camere bianche, ma è stato lento. La tecnologia industriale ci rende più veloci e produce più bit di lavoro. Siamo passati da un massimo di venti qubit a decine di migliaia per giro di produzione. “

“È uno sviluppo promettente”, afferma il fisico Carlo Bennacker dell’Università di Leiden. Hanno dimostrato che la produzione di massa di qubit è possibile. Questo è essenziale per un computer quantistico affidabile più di un semplice gioco. Il prossimo passo è fare davvero i conti”.

Migliaia di singoli qubit non sono computer quantistici. Per farlo, devi lasciarli lavorare insieme ed essere in grado di gestire. Inoltre, questi qubit si bloccano ancora dopo pochi microsecondi. “Il nostro prossimo passo è mettere insieme due o tre di questi qubit per eseguire piccoli calcoli quantistici. Quindi dobbiamo ridimensionarlo a un numero maggiore”, afferma Zwerfer. “In definitiva, vogliamo anche rendere più efficiente l’elettronica di controllo integrandola nel chip utilizzando i qubit”. In questo modo, i ricercatori sperano passo dopo passo di avvicinarsi a un serio computer quantistico, con parti fuori dalla catena di montaggio per l’attuale industria dei semiconduttori.