Atomi artificiali

Considerando che un singolo qubit, basato su nanomatriali superconduttori, è all'incirca grande quanto un capello umano, 2 qubits possono essere fabbricati su un singolo microchip al silicio di circa un pollice cubico. 

La ricerca scientifica parla di qubits basati su dei nano-superconduttori chiamati “Josephson junctions” (giunzioni di Josephson) che consistono di due pezzi di metallo separati da una sottile regione che supporta un “superflusso” di corrente. Gli scienziati usano queste giunzioni da più di 40 anniper manipolare e misurare correnti elettriche e voltaggi in modo molto preciso. L'esperimento condotto nei laboratori del NIST ha creato degli atomi artificiali usando correnti 1 miliardo di volte più deboli di quelle attualmente necessarie per alimentare una lampadina da 60 watt.

Usando le giunzioni di Josephson, gli scienziati possono creare delle onde di corrente elettrica che oscillano avanti e indietro miliardi di volte al secondo, mimando le oscillazioni che occorrono naturalmente tra gli stati quantistici degli atomi reali (il noto dualismo quantistico onda-particella, ndr). E, come in un atomo reale, lo stato quantistico di una giunzione può essere manipolato per rappresentare una quantità numerica, un 1, uno 0 (è il caso dei bits), o perfino entrambi allo stesso tempo (è il caso dei qubits).

Come viene descritto su Science, il team di scienziati ha misurato lo stato dei qubits applicando un voltaggio della durata di 5 nanosecondi e rilevando un cambiamento nel campo magnetico attraverso un semplice trasformatore incorporato nella giunzione che funge da qubit. Per rilevare le sottili variazioni del campo magnetico hanno usato un dispositivo superconduttore a interferenza quantistica (SQUID). Se viene rilevato un segnale, allora il qubit si trova nello stato 1 (eccitato), se nessun segnale viene rilevato allora il qubit si trova nello stato 0. Mediante un timing ultra-preciso, il team è stato anche capace di misurare due qubits simultaneamente: lo stato 01/10 di entaglement che rappresenta la vera novità, fondamentale per produrre porte logiche quantistiche ed evitare ogni possibilità di perdere le informazioni.

Si tratta, fisicamente, di uno stato quantistico combinato, chiamato “superposizione”, in cui gli atomi oscillano a due diverse frequenze allo stesso tempo, che può essere indotto mediante l'applicazione di un piccolo voltaggio. In questo stato combinato, il primo qubit è eccitato (1) e il secondo no (0); successivamente, il primo qubit passa al totale relax (0) mentre il secondo si eccita (1). Entrambi oscillano tra questi estremi, avanti e indietro, alla stessa velocità, ma verso opposte direzioni. Oscillazioni che occorrono solo se le differenze di energia tra 0 e 1 sono uguali in entrambi i qubits. Tale comportamento indica che i due qubits sono “entangled”, tanto indissolubilmente quanto misteriosamente collegati.

La ricerca del NIST sulla computazione quantistica basata sulle giunzioni di Josephson, al momento guidata da Ray Simmonds, è parte del NIST's Quantum Information Program Physics Laboratory's - Quantum Information, uno sforzo coordinato volto alla realizzazione del primo prototipo di un processore logico quantistico che dovrebbe consistere, approssimativamente, di poco più di 10 qubits.

Il gruppo di ricerca guidato da John Martinis all'UCSB Center for Spintronics and Quantum Computation, parte del California Nanosystems Institute (CNSI) (CNSI), è focalizzato primariamente sulla realizzazione di un computer quantistico basato sulle giunzioni di Josephson.

Autore: Alessio Mannucci - E-mail: Alessio Mannucci - Blog: viaggioallucinante2 / Fonte: National Institute of Standards and Technology