La creazione di elementi costitutivi per un computer quantistico ora può essere eseguita anche in una fabbrica

I primi qubit fuori dalla catena di montaggio sono un dato di fatto. Questi elementi costitutivi per i computer quantistici sono stati prodotti per la prima volta utilizzando la stessa tecnologia di produzione di massa dei chip dei computer odierni. L’aumento della produzione è un passo importante verso un computer quantistico serio.

I computer quantistici sono promettenti perché, grazie alle proprietà quantistiche dei qubit, possono eseguire determinati calcoli contemporaneamente e quindi super veloci. La promessa è che in futuro saranno in grado di calcolare il comportamento delle molecole, ad esempio per prevedere l’effetto di determinati farmaci.

Ma per un computer quantistico ad alte prestazioni, ci vogliono rapidamente un milione di qubit. La maggior parte dei qubit su cui stanno lavorando i ricercatori di tutto il mondo sono ancora realizzati uno per uno nelle camere bianche, le aree senza polvere, degli istituti di ricerca. È molto preciso, ma anche molto lento.

I qubit che sembrano adatti per lo scaling sono i cosiddetti qubit di spin, che consistono in un elettrone intrappolato in una specie di gabbia fatta di materiale semiconduttore. “I ricercatori scrivono da anni che questi qubit sono ideali per la scalabilità verticale perché sono piccoli e possono essere prodotti dall’industria dei semiconduttori esistente che produce chip per computer”, afferma Anne-Marije Zwerver dell’Istituto QuTech di Delft. “Ora abbiamo finalmente dimostrato che è vero.” Per questo, i ricercatori QuTech hanno lavorato con gli ingegneri del produttore di chip Intel. I loro risultati sono stati pubblicati la scorsa settimana nella recensione Elettronica naturale†

Un bel trucco

Per creare uno spin qubit, inizi con un punto quantico che si comporta come una gabbia. Le strutture dei punti quantici sono molto simili ai transistor che si trovano su un chip di computer. Sono entrambi realizzati in silicio, un materiale semiconduttore, sormontato da minuscoli pezzi di metallo attraverso i quali possono fluire correnti elettriche. Questo accordo ha consentito agli ingegneri Intel esperti di creare punti quantici con la loro tecnologia di produzione di massa. Ma si è rivelato meno semplice del previsto.

Le strutture sono leggermente diverse da quelle dei transistor e i qubit sono molto sensibili. La domanda era se le macchine di produzione di massa più rozze e rigide fossero in grado di produrre queste strutture precise senza interrompere il sistema. Per anni, ingegneri Intel e ricercatori QuTech hanno scambiato design e prototipi di punti quantici. E ora funzionava. Utilizzando esattamente la stessa macchina che Intel utilizza per la produzione di chip su larga scala, i ricercatori hanno creato qubit. “E la sua qualità è paragonabile ai migliori qubit che stiamo attualmente realizzando nei nostri laboratori di ricerca”, afferma Zwerver.

Siamo passati da un massimo di venti qubit a decine di migliaia per ciclo di produzione

Anne Marije Zwerver QuTech

“È come se prima scrivessimo calligrafia e ora possiamo stampare testi”, continua. “Siamo stati molto precisi e flessibili in ciò che potevamo fare nelle nostre camere bianche, ma è stato lento. Con la tecnologia industriale, siamo più veloci e questo produce qubit più funzionali. Siamo passati da un massimo di venti qubit a decine di migliaia per ciclo di produzione.

“È uno sviluppo promettente”, afferma il fisico Carlo Beenakker dell’Università di Leiden. “Hanno dimostrato che la produzione di massa di qubit è possibile. E questo è necessario per un computer quantistico credibile che è più di un giocattolo. Il prossimo passo è fare i conti.

Migliaia di singoli qubit non sono computer quantistici. Per fare questo, devi lasciarli lavorare insieme e sapere come gestire. Inoltre, questi qubit si bloccano sempre dopo pochi microsecondi. “Il nostro prossimo passo è collegare due o tre di questi qubit per eseguire piccoli calcoli quantistici. Quindi dobbiamo ampliarlo ulteriormente”, afferma Zwerver. “In definitiva, vogliamo anche rendere più efficiente l’elettronica di controllo integrandola su chip con i qubit”. In questo modo, i ricercatori sperano di avvicinarsi gradualmente a un computer quantistico serio, con parti provenienti dalla catena di montaggio dell’odierna industria dei semiconduttori.