Il silicio vecchio stile potrebbe essere la chiave per costruire computer quantistici onnipresenti

Per decenni, i chip di silicio sono stati al centro di tutti i tipi di dispositivi informatici. Ma nella corsa alla creazione di computer quantistici, un nuovo tipo di tecnologia incredibilmente potente, il silicio è passato in secondo piano rispetto ad altri materiali. Nuovi progressi potrebbero renderlo più attraente.

In teoria, il silicio dovrebbe essere un ottimo candidato per alimentare le macchine di prossima generazione. Esiste già un'enorme infrastruttura orientata alla produzione di chip per computer in silicio. E esistono già metodi per generare qubit, o bit quantistici, utilizzando approcci basati sul silicio.

I qubit sono gli elementi costitutivi fondamentali delle macchine quantistiche. La capacità di un qubit di trovarsi in due stati ( 0 e uno ) allo stesso tempo, noto come sovrapposizione, rende possibile l'elaborazione massicciamente parallela destinata a superare le capacità dei più potenti computer convenzionali.

Ma gli approcci basati sul silicio si sono rivelati meno popolari rispetto ai metodi alternativi per generare qubit, come quello che utilizza materiali superconduttori come l'alluminio raffreddato a temperature estreme. Tra le altre ragioni, il silicio è stato in gran parte evitato perché è difficile controllare i qubit generati in questo modo e non è chiaro se le macchine risultanti si adatterebbero bene.

Il gigante dei chip Intel spera che gli spin qubit aiutino a risolvere tali problemi. L'idea di base è utilizzare minuscoli impulsi a microonde per controllare la rotazione di un elettrone su un dispositivo al silicio e utilizzarlo per creare qubit in modo efficace.

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Gli accademici hanno lavorato su modi per rendere questo approccio più efficiente. In un documento pubblicato oggi in Natura , i ricercatori della Delft University of Technology nei Paesi Bassi e dell'Università del Wisconsin-Madison affermano di essere stati in grado di programmare una macchina a due qubit basata su qubit di spin per eseguire un paio di algoritmi che sono tipicamente impiegati per testare l'efficacia delle macchine quantistiche, incluso uno che potrebbe essere utilizzato per la ricerca in un database.

Thomas Watson, uno dei ricercatori, afferma che i progressi del team si basavano su cose come la ricerca di modi migliori per calibrare le porte nella macchina o i circuiti quantistici di base. Ritiene che i sistemi basati sul silicio potrebbero in definitiva consentire ai qubit di essere raggruppati in modo più denso rispetto ad altri approcci. Più i qubit sono vicini tra loro, più facile è convincerli a influenzare i vicini, il che aumenta la potenza di calcolo delle macchine.

Non è solo l'intimità che conta, però. Se i qubit possono influenzare i vicini più distanti così come quelli vicini a loro, allora un computer avrà ancora più muscoli computazionali da flettere. Questo è stato l'obiettivo dei ricercatori dell'Università di Princeton, dell'Università di Costanza in Germania e del Joint Quantum Institute/NIST nel Maryland. In un altro carta pubblicato in Natura , descrivono un metodo per utilizzare i fotoni a microonde per aiutare ad accoppiare qubit distanti.

C'è ancora molto lavoro da fare per portare i qubit basati sul silicio a un punto in cui vengono presi più sul serio, ma il potenziale c'è. Rimangono negli stati quantistici più a lungo delle loro controparti superconduttrici, il che rende possibile eseguire più operazioni su di loro. Possono funzionare anche a temperature più elevate, il che significa che non hanno bisogno di attrezzature così complesse per supportarle.

Intel pensa che tutto ciò semplificherà la scalabilità dei computer quantistici ai milioni di qubit necessari per creare un sistema commerciale davvero utile, motivo per cui ha supportato i ricercatori che lavorano sulla tecnologia quantistica basata sul silicio. Prevede inoltre di iniziare a produrre wafer con molte migliaia di piccoli array di qubit nella stessa fabbrica che gestisce le sue tecnologie avanzate di transistor.

Ma anche il più grande fan del silicio sta nascondendo le sue scommesse nella corsa quantistica: anche Intel sta sviluppando qubit superconduttori.

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