AvanTII chip quantistici al silicio hanno superato il 99% di accuratezza

Tre distinti gruppi di ricerca hanno dimostrato in maniera indipendente la fattibilità dell’uso di chip al silicio per condurre calcoli a livello quantistico. I tre team, infatti, hanno raggiunto livelli di fedeltà superiori al 99% nei propri esperimenti, dimostrando che i chip in silicio possono essere adoperati per la costruzione di computer quantistici su larga scala in grado di effettuare la correzione degli errori. I risultati delle ricerche sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

Nello specifico, il team dell’Università del New South Wales (UNSW) in Australia ha dimostrato livelli di fedeltà fino al 99,95% per operazioni su un singolo qubit e del 99,37% su due qubit. Il gruppo della Delft University of Technology nei Paesi Bassi ha raggiunto il 99,87% con un qubit e il 99,65% con due qubit, mentre quello dell’Istituto RIKEN in Giappone ha ottenuto il 99,84% di fedeltà in un sistema a un qubit e il 99,51% con due qubit.

Nei chip quantistici basati sul silicio la fedeltà è sempre stata piuttosto bassa. I risultati ottenuti in questi nuovi studi, invece, sono particolarmente importanti perché, come ha affermato il professor Andrea Morello, a guida del team australiano, “quando gli errori sono così rari, diventa possibile rilevarli e correggerli quando avvengono. Ciò mostra che è possibile costruire computer quantistici che hanno una scala e una potenza di calcolo sufficienti per gestire calcoli significativi”.

Il sistema della UNSW si basa su un chip a tre qubit, composti da due atomi di fosforo e un elettrone impiantati in un sostrato di silicio. I due atomi possono comunicare tramite un elettrone, al quale sono entrambi collegati, e in questo modo è possibile effettuare operazioni logiche tra i due nuclei, sfruttandone lo spin nucleare per creare un qubit. “Se hai due nuclei collegati allo stesso elettrone, puoi fargli eseguire un’operazione quantistica. Anche se non gestisci l’elettrone, quei nuclei memorizzano in modo sicuro le loro informazioni quantistiche. Ma ora abbiamo la possibilità di farli comunicare tra loro tramite l’elettrone, per realizzare operazioni quantistiche universali che possono essere adattate a qualunque problema computazionale”, ha dichiarato il fisico Mateusz Mądzik dell’UNSW.

Gli altri due team hanno creato punti quantici di silicio e lega di silicio-germanio e installato un gate qubit a due elettroni, cioè un circuito di più qubit. Hanno quindi modificato la tensione applicata ai rispettivi sistemi, usando un protocollo chiamato “gate set tomography” per caratterizzare i loro impianti e raggiungere entrambi una marginalità di errore inferiore al 99%. “Il risultato presentato rende i qubit di spin, per la prima volta, competitivi rispetto ai circuiti superconduttori in termini di prestazioni di controllo quantistico universale. Questo studio dimostra che i computer quantistici al silicio sono candidati promettenti, insieme alla superconduttività, per la ricerca e lo sviluppo verso la realizzazione di computer quantistici su larga scala”, ha commentato il responsabile del team dei Paesi Bassi Seigo Tarucha.