Creato un processore quantistico in silicio completo

Alla University of New South Wales (UNSW) hanno ideato un'architettura che potrebbe portare allo sviluppo di un processore quantistico in silicio basato su tecnologia complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS).

In pratica i ricercatori hanno "rivisitato i processori in silicio che conosciamo per creare un progetto completo di un chip quantistico che può essere prodotto usando principalmente processi e componenti industriali noti", si legge sul sito dell'ateneo. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

"Spesso pensiamo all'atterraggio sulla Luna come la più grande meraviglia tecnologica dell'umanità", ha dichiarato Andrew Dzurak della UNSW. "Ma creare un microprocessore con un miliardo di dispositivi funzionanti integrati che lavorano insieme come in una sinfonia - e che puoi portare in tasca! - è un risultato tecnico sbalorditivo e che ha rivoluzionato la vita moderna".

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Dr Menno Veldhorst e Prof Andrew Dzurak

"Con l'informatica quantistica siamo sull'orlo di un altro salto tecnologico che potrebbe essere profondo e trasformativo. Finora non c'era una progettazione ingegneristica completa che consentisse di realizzarla su un singolo chip. Penso che quanto sviluppato all'UNSW la renda ora possibile. E, soprattutto, può essere realizzata in un moderno impianto produttivo di semiconduttori", ha aggiunto.

E questo permetterà, in futuro, di creare chip con milioni di qubit. "Per quanto straordinari, i chip di oggi non sono in grado di sfruttare gli effetti quantistici necessari per affrontare e risolvere i problemi davvero importanti come il cambiamento climatico o malattie complesse come il cancro. È risaputo che avremo bisogno di milioni di qubit che lavorano in tandem: per farlo, dovremo raggruppare i qubit insieme e integrarli, come facciamo con i moderni processori. Questo è lo scopo del progetto", ha affermato Menno Veldhorst, autore principale del paper.

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Rappresentazione artistica di un'architettura di un chip CMOS a silicio per un quantum computer "spin-based"; sopra la maggior parte dei componenti CMOS standard, sotto i qubit in funzione.

"Il nostro design integra transistor al silicio tradizionali per 'accendere' le operazioni tra i qubit in un vasto array bidimensionale, usando un protocollo di selezione "word" e "bit" a griglia simile a quello usato per selezionare i bit in una memoria tradizionale", ha aggiunto. "Scegliendo gli elettrodi sopra un qubit, possiamo controllare lo spin di un qubit, che memorizza il codice binario quantistico di uno 0 o 1. E selezionando gli elettrodi tra i qubit, si possono svolgere interazioni logiche a due qubit (o calcoli) tra i qubit".

Grossomodo, il chip prevede un modulo con 480 qubit disposti in una configurazione 20x24. L'intento è arrivare a moltiplicare i moduli da 480 qubit per creare un chip sempre più potente. Detta così sembra semplice, ma non lo è affatto. Tanti tasselli devono andare al loro posto.

"Abbiamo bisogno di usare codici di correzione degli errori che impiegano più qubit per memorizzare un singolo pezzo di dati", ha affermato Dzurak. "Il nostro progetto incorpora un nuovo tipo di codice di correzione degli errori progettato specificamente per lo spin dei qubit e richiede un sofisticato protocollo di operazioni su milioni di qubit. È il primo tentativo di integrare in un singolo chip tutti i circuiti in silicio convenzionali per controllare e leggere i milioni di qubit necessari per l'informatica quantistica".

"Ci aspettiamo che saranno necessarie altre modifiche a questo progetto mentre ci muoviamo verso la produzione, ma tutti i componenti necessari per il calcolo quantistico sono qui in un unico chip", ha aggiunto Dzurak. "Abbiamo testato gli elementi di questo progetto in laboratorio con risultati molto positivi. Dobbiamo continuare a lavorare - un'enorme sfida - ma le fondamenta ci sono e il tutto è incoraggiante".

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Rappresentazione artistica di un'architettura di un chip CMOS a silicio per un quantum computer "spin-based"

Il team di ricercatori UNSW ha ricevuto svariate decine di milioni di dollari di fondi dall'Università, dal governo australiano e altre aziende per sviluppare un chip quantistico in silicio con 10 qubit entro il 2022.

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