I semiconduttori più silenziosi

Un'équipe dimostra tangibilmente com'è riuscita a realizzare un semiconduttore ultra silenzioso, diminuendo le impurità presenti sul chip in silicio, ottenendo un livello di silenziosità mai raggiunto fino ad oggi

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I ricercatori dell’UNSW Sydney hanno dimostrato il più basso livello di rumore mai registrato per un bit quantico a semiconduttore, o qubit (cioè contrazione di quantum bit, è il termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico ovvero l’unità di informazione quantistica). La ricerca è stata pubblicata su Advanced Materials.
Affinché i computer quantistici possano eseguire calcoli utili, le informazioni quantistiche devono essere accurate al 100%. Il rumore di carica – causato da imperfezioni nell’ambiente materiale che ospita i qubit – interferisce con le informazioni quantistiche codificate sui qubit, incidendo sulla precisione delle informazioni.
Il livello di rumore di carica nei qubit dei semiconduttori è stato un ostacolo critico per raggiungere i livelli di accuratezza di cui abbiamo bisogno per i computer quantistici corretti per errori su larga scala“, dice l’autore principale Ludwik Kranz, uno studente di dottorato presso il Centro per il calcolo quantistico e la tecnologia della comunicazione dell’UNSW (CQC2T) che lavora con la società spin off del Centro, la Silicon Quantum Computing (SQC).
La nostra ricerca ha dimostrato che possiamo ridurre il rumore di carica ad un livello significativamente basso, minimizzando l’impatto che ha sui nostri qubit“, dice Kranz.
Ottimizzando il processo di fabbricazione del chip di silicio, abbiamo raggiunto un livello di rumore 10 volte inferiore a quello registrato in precedenza. Questo è il più basso rumore di carica registrato di qualsiasi qubit di semiconduttori“.

Creazione di qubits silenziosi

I Qubit realizzati con elettroni ospitati su qubit atomici in silicio (l’approccio che il Prof. Simmons sostiene dal 2000) sono una piattaforma promettente per i computer quantistici su larga scala.
Tuttavia, i qubit ospitati in qualsiasi piattaforma a semiconduttore come il silicio, sono sensibili al rumore di carica.
La ricerca del team ha rivelato che la presenza di difetti sia all’interno del chip di silicio che all’interfaccia con la superficie, contribuiscono in modo significativo al rumore di carica.
È stata una sorpresa, perché abbiamo speso molto tempo per ottimizzare la qualità del nostro chip di silicio, ma questo ha dimostrato che anche alcune impurità nelle vicinanze possono influenzare il rumore“, dice Kranz.
Riducendo le impurità nel chip di silicio e posizionando gli atomi lontano dalla superficie e dalle interfacce dove ha origine la maggior parte del rumore, il team è stato in grado di produrre un risultato da record.
I nostri risultati continuano a dimostrare che il silicio è un materiale formidabile per ospitare qubits. Con la nostra capacità di progettare ogni aspetto dell’ambiente qubit, stiamo sistematicamente dimostrando che i qubit atomici in silicio sono riproducibili, veloci e stabili“, afferma la Prof. Michelle Simmons, Direttore CQC2T.
La nostra prossima sfida è quella di passare al Si-28 cristallino isotopicamente puro per capitalizzare i lunghi tempi di coerenza già dimostrati in questo sistema“.