Il progresso del calcolo quantistico sblocca il potenziale della tecnologia

Università di Tokio i ricercatori hanno identificato possibili soluzioni per superare i limiti dei qubit per l’informatica quantistica.

I computer quantistici sono potenti dispositivi computazionali che hanno il potenziale per risolvere diversi tipi di problemi computazionali in un lasso di tempo più breve. Per questo motivo, l’informatica quantistica è stata a lungo considerata come il prossimo grande progresso nell’informatica; tuttavia, i limiti dei computer quantistici hanno impedito alla tecnologia di raggiungere il suo pieno potenziale. Per il funzionamento dei computer quantistici, bit quantistici o qubitl’unità di informazione di base, parte integrante del loro funzionamento, deve essere veloce e stabile.

Semplici stati quantistici binari e varie implementazioni fisiche rappresentano i qubit. Un potenziale candidato per stabilizzare i qubit è un elettrone intrappolato che levita nel vuoto. Tuttavia, è spesso difficile controllare gli stati quantistici o gli elettroni intrappolati.

Per cercare di superare i limiti dei qubit, Università di Tokio i ricercatori hanno scoperto possibili soluzioni per il progresso dell’informatica quantistica.

Il loro documento di ricerca, intitolatoStudio di fattibilità sul raffreddamento dello stato fondamentale e sulla lettura di un singolo fonone di elettroni intrappolati utilizzando sistemi quantistici ibridi,’ è pubblicato in Ricerca sulla revisione fisica.

Superare i limiti dei qubit per il calcolo quantistico

Per risolvere i problemi dei qubit, i ricercatori hanno analizzato due diversi sistemi quantistici ibridi: un circuito elettrone-superconduttore e un sistema accoppiato elettrone-ione. Questi sistemi erano entrambi in grado di controllare la temperatura e il movimento dell’elettrone.

Alto Osada, assistente professore presso il Komaba Institute for Science presso l’Università di Tokyo, ha spiegato: “Abbiamo trovato un modo per raffreddare e misurare il movimento di un elettrone levitato nel vuoto, o di un elettrone intrappolato, entrambi nel regime quantistico.

“Con la fattibilità del controllo a livello quantistico del movimento degli elettroni intrappolati, l’elettrone intrappolato diventa più promettente e attraente per le applicazioni della tecnologia quantistica, come l’informatica quantistica”.

Nelle loro soluzioni proposte per l’informatica quantistica, i ricercatori hanno incluso un elettrone intrappolato nel vuoto, chiamato trappola di Paul, che interagisce con circuiti superconduttori e uno ione intrappolato. Poiché gli ioni sono caricati positivamente e gli elettroni sono caricati negativamente, si muovono l’uno verso l’altro quando sono intrappolati insieme, a causa del fenomeno chiamato attrazione Coulomb.

Gli scienziati dell’Università di Tokyo hanno inventato un modo per raffreddare e misurare il movimento di un elettrone intrappolato nel regime quantistico utilizzando sistemi quantistici ibridi. © Alto Osada, Università di Tokyo

Le interazioni tra l’elettrone e il circuito e l’elettrone e lo ione erano particolarmente forti a causa della massa leggera dell’elettrone. Il team ha anche scoperto che la temperatura dell’elettrone potrebbe essere controllata utilizzando campi a microonde e laser ottici.

I ricercatori hanno misurato i loro risultati con la modalità fonone

La modalità fonone dell’elettrodo è stata ulteriormente utilizzata dai ricercatori per misurare il successo dei loro calcoli. Il fonone è l’unità di energia che caratterizza una vibrazione, o in questo caso l’oscillazione dell’elettrone intrappolato.

I ricercatori sono stati in grado di ottenere il risultato desiderato, una lettura a fonone singolo e un raffreddamento dello stato fondamentale, attraverso i loro due sistemi ibridi che hanno analizzato.

“Operazioni quantistiche altamente efficienti e ad alta fedeltà sono disponibili nel sistema di elettroni intrappolati”, ha affermato Osada. “Questo nuovo sistema si manifesta come un nuovo parco giochi per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche”.

Sono necessarie ulteriori ricerche per garantire che questi metodi possano essere applicati al calcolo quantistico

I ricercatori hanno notato che sono necessarie ulteriori ricerche sperimentali per vedere se i loro metodi possono essere implementati e applicati al calcolo quantistico. In futuro, mirano a dimostrare la loro idea con un esperimento di prova del concetto.

“Stiamo progettando di esaminare i nostri schemi utilizzando elettroni intrappolati in una cavità a microonde”, ha affermato Osada. “Attraverso questa ricerca, saremo in grado di fare un altro passo avanti verso operazioni quantistiche precise e verso l’implementazione del calcolo quantistico”.

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