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Intel e QuTech pubblicano una dimostrazione di qubit “caldi” ad alta fedeltà per sistemi quantistici praticabili

Intel Corporation has invented a spin qubit fabrication flow on its 300 mm process technology using isotopically pure wafers like this one. (Credit: Walden Kirsch/Intel Corporation)

Qual è la novità: Intel, in collaborazione con QuTech, ha pubblicato oggi un articolo su Nature che dimostra la possibilità di controllare dei qubit “caldi” (hot qubit), con temperature superiori a 1 kelvin. La ricerca ha anche illustrato il controllo individuale omogeneo di due qubit con fedeltà del singolo qubit fino al 99,3%. Queste innovazioni evidenziano la possibilità che i controlli criogenici di un futuro sistema quantistico e gli spin qubit in silicio, molto somiglianti a un transistor a singolo elettrone, possano coesistere in un unico contenitore (package) integrato.

“Questa ricerca rappresenta un progresso significativo nel nostro studio sui spin qubit in silicio, che riteniamo essere dei candidati promettenti per potenziare sistemi quantistici su scala commerciale, data la loro somiglianza con i transistor a singolo elettrone che Intel produce da oltre 50 anni. La dimostrazione che gli ‘hot qubit’ siano in grado di operare a temperature più elevate mantenendo al contempo un’elevata fedeltà spiana la strada a varie di opzioni di controllo locale di qubit senza influire sulle loro prestazioni.”  — Jim Clarke, Direttore di Quantum Hardware, Intel Labs

Perché è importante: L’applicazione del calcolo quantistico a problemi pratici dipende dalla capacità di scalare e di controllare contemporaneamente migliaia – se non milioni – di qubit con alti livelli di fedeltà. Tuttavia, gli attuali design dei sistemi quantistici sono limitati dalle dimensioni complessive del sistema, dalla fedeltà dei qubit e soprattutto dalla complessità dell’elettronica di controllo necessaria per gestire il calcolo quantistico su larga scala.

È possibile semplificare notevolmente le interconnessioni fra elettronica di controllo e gli spin qubit integrandoli sullo stesso chip, ma per raggiungere tale obiettivo è fondamentale incrementare le temperature alle quali i qubit sono in grado di operare. Fino ad oggi, i computer quantistici sono stati in grado di funzionare esclusivamente a temperature in millikelvin, solo una frazione di grado sopra lo zero assoluto. Oggi, con questa ricerca sugli “hot qubit”, QuTech – in partnership con Intel – ha dimostrato la sua ipotesi che gli spin qubit in silicio hanno il potenziale per operare a temperature leggermente superiori rispetto agli attuali sistemi quantistici, compiendo un ulteriore passo avanti verso la scalabilità.

Questo approccio consente a Intel di sfruttare la propria esperienza nelle tecnologie avanzate di packaging e di interconnessione per procedere in un percorso scalabile verso l’applicazione pratica della quantistica. Questa ricerca si basa sul lavoro in corso di Intel nel favorire lo sviluppo di sistemi quantistici completi, come l’introduzione alla fine dello scorso anno del primo chip di controllo criogenico del suo genere per il calcolo quantistico – nome in codice Horse Ridge.

Informazioni sulle principali innovazioni: Le informazioni quantistiche memorizzate in questi qubit vengono in genere perse rapidamente a meno che i qubit non vengano raffreddati quasi allo zero assoluto (-273 gradi Celsius o 0 gradi kelvin). Nella ricerca presentata su Nature, Intel e QuTech hanno dimostrato per la prima volta il funzionamento di qubit ad alta temperatura, densi e omogenei. Questi qubit compatti funzionano ad alta qualità e a temperature relativamente elevate.

Anche se il controllo a singolo qubit al di sopra di 1K con punti quantistici in silicio è stato dimostrato contemporaneamente a questo lavoro, il controllo di due qubit era finora possibile solo a una temperatura ridotta di 40 millikelvin. La ricerca di Intel in collaborazione con QuTech mostra una logica a due qubit completa in un circuito quantistico operante a 1,1 K.

Grazie a questa ricerca, Intel e QuTech hanno anche dimostrato la capacità di controllare lo spin degli elettroni di un sistema a due qubit misurando una fedeltà del singolo qubit fino al 99,3% e un’accurata controllabilità del sistema. Il team ha inoltre illustrato che le prestazioni degli spin qubit sono condizionate minimalmente entro temperature comprese tra 45 millikelvin e 1,25 kelvin.

Ulteriori informazioni: Intel e il calcolo quantistico | Intel Labs

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