Gli scienziati australiani sono stati in grado di ridurre il tasso di errore nei qubit semiconduttori, le celle unitarie di un computer quantistico, a un livello dello 0,04%. Questo apre la strada alla creazione di computer universali, affermano i fisici nella rivista Nature Electronics.
Da diversi anni Dzurak ei suoi colleghi universitari sviluppano i componenti necessari per assemblare un computer quantistico a stato solido a tutti gli effetti. Quindi, nel 2010 hanno creato un transistor quantistico a singolo elettrone e nel 2012 un qubit di silicio a tutti gli effetti basato sull'atomo di fosforo-31.
Nel 2013, hanno assemblato una nuova versione del qubit, che ha permesso di leggere i dati da esso con una precisione quasi del 100% ed è rimasta stabile per molto tempo. Nell'ottobre 2015, Dzurak e il suo team hanno compiuto il primo passo verso la creazione del primo computer quantistico al silicio combinando due qubit in un modulo che esegue un'operazione logica OR.
Era rimasto solo un passo: imparare a combinare qubit simili utilizzando le stesse tecnologie di semiconduttori delle stesse celle della memoria quantistica. Era estremamente difficile farlo, poiché i qubit semiconduttori "ordinari" possono interagire tra loro solo a breve distanza.
Avendo risolto questo problema due anni fa, gli scienziati australiani hanno pensato a come "incollare" i qubit in un unico insieme e imparare a "stamparli" come fanno i produttori di elettronica quando creano microcircuiti. Il frutto di queste riflessioni sono stati i primi piani per la creazione di "microcircuiti" quantistici, presentati dal team Dzurak nel dicembre 2017.
Queste idee, come ha notato Dzurak, il suo team è riuscito a mettere in pratica lo scorso autunno, utilizzando la cosiddetta tecnologia CMOS, uno dei metodi più comuni e collaudati di produzione di microcircuiti. Gli scienziati l'hanno utilizzato per "stampare" tutti i componenti dei qubit, oltre a emettitori di microonde, punti quantici e transistor necessari per scrivere correttamente nuovi dati in una cella di memoria quantistica.
Avendo risolto questo problema, i fisici hanno pensato al prossimo grande passo: per creare un computer quantistico veramente universale, dovevano far funzionare i loro qubit quasi perfettamente, commettendo errori non più dell'1% delle volte. In questo caso, il resto dei problemi nel loro lavoro possono essere eliminati utilizzando speciali algoritmi di correzione degli errori e qubit logici, piuttosto che fisici.
Come osserva il ricercatore, ci sono due modi per migliorare l'accuratezza di tali dispositivi: migliorando il design delle celle di memoria stesse e cambiando il modo in cui le informazioni vengono lette e scritte in esse. I fisici australiani hanno preso la seconda strada, utilizzando algoritmi e tecniche sviluppate dai loro colleghi teorici dell'Università di Sydney.
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Hanno aiutato Zuraku e il suo team a modificare la struttura degli impulsi di controllo delle microonde in modo tale che il numero di errori durante la lettura o la scrittura dei dati fosse ridotto di diversi ordini di grandezza. Di conseguenza, gli scienziati non solo hanno superato la "barriera della correzione degli errori", ma hanno anche aggirato i qubit superconduttori e "atomici", che in precedenza erano considerati più promettenti per la creazione di macchine quantistiche complesse.
Nel prossimo futuro, entrambi i gruppi di ricercatori prevedono di effettuare misurazioni simili su combinazioni di diversi qubit e microcircuiti che sono già stati creati da Dzurak e dal suo team in passato. Gli scienziati sperano di poter ridurre il tasso di errore complessivo a un livello che consentirà la creazione di un computer quantistico a tutti gli effetti nei prossimi anni.
