Ricercatori trovano un modo per costruire chip quantistici posizionando atomi singolarmente

Un gruppo di ricerca, guidato da ricercatori dell'Università di Melbourne, ha dimostrato la fattibilità di una tecnica per introdurre singoli atomi in posizioni precise all'interno di un wafer di silicio. Tale tecnica consentirebbe, stando agli autori della ricerca, di ottenere processori quantistici economici e affidabili su una scala molto superiore a quella attualmente vista nei dispositivi disponibili.

Un processore quantistico costruito atomo per atomo

Il mondo dei computer quantistici è solo all'inizio e per questo sono ancora moltissime le strade che vengono esplorate dai vari produttori, con diversi fenomeni fisici che sottostanno al funzionamento dei dispositivi. Uno degli approcci che si sta esplorando è quella dell'uso del silicio: tale elemento è ben compreso sia per quanto riguarda le sue caratteristiche fisiche, sia per quel che concerne la sua produzione in grandi volumi.

Una delle opzioni con il silicio è quella del drogaggio usando altri elementi dalle proprietà fisiche interessanti, in particolare dal punto di vista quantistico; sono molti i progetti di ricerca nel mondo che cercano di usare il silicio per la produzione di computer quantistici con un grande numero di qubit mantenendone allo stesso tempo intatte le caratteristiche quantistiche.

La tecnica del gruppo di ricerca dell'Università di Melbourne è semplice nella sua estrema complessità. Viene usato un microscopio a forza atomica, che funziona con una microleva che tocca la superficie del campione. Tale microleva è dotata di una punta estremamente sottile che viene modificata affinché abbia un buco, tramite il quale vengono fatti cadere degli atomi di fosforo sul sostrato di silicio.

La scoperta significativa che i ricercatori hanno fatto è che l'energia cinetica di tali atomi di fosforo è sufficiente per creare una sorta di "clic" misurabile ripetutamente, cosa che porta a sapere con precisione quando un singolo atomo viene fatto cadere dalla microleva sul sostrato di silicio. Dato che la microleva può essere spostata con movimenti la cui accuratezza è di appena mezzo nanometro, ovvero all'incirca lo spazio tra singoli atomi in un cristallo di silicio, è possibile posizionare con estrema precisione gli atomi sulla superficie del wafer e ottenere dunque un chip le cui caratteristiche sono ben definite, controllate e manipolabili sul piano quantistico.

Secondo il gruppo di ricerca, è possibile usare anche altri elementi parte del quinto gruppo come bismuto o antimonio per ottenere proprietà differenti: con il fosforo si ottengono spin elettronici e nucleari di lunga durata, con il bismuto transizioni iper-fini del clock e con l'antimonio spin nucleari controllabili elettricamente.

"Abbiamo annegato degli ioni di fosforo, contando ciascuno di essi precisamente, in un sostrato di silicio creando un chip quantistico, che può essere quindi usato in esperimenti di laboratorio per testare progetti per dispositivi di grandi dimensioni. Questo ci permetterà di progettare le operazioni di logica quantistica tra grandi matrici di atomi individuali, mantenendo operazioni altamente accurate in tutto il processore", ha affermato il professor Andrea Morello dell'Università del Nuovo Galles del Sud.