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Chip quantistici meno costosi se fatti con il silicio

I computer quantistici potrebbero costare meno delle previsioni grazie alla possibilità di usare il silicio, il materiale alla base dei chip elettronici attuali. Ricercatori della Delft University, in collaborazione con i colleghi della University of Wisconsin e l'Ames Laboratory hanno scoperto che la stabilità dei bit quantistici (qubit) può essere mantenuta 100 volte più a lungo nel silicio che nell'arseniuro di gallio.

quantum chip
Foto: welcomia / Depositphotos

I computer quantistici non usano i bit, ma i qubit, che possono assumere i valori 0 e 1, ma anche entrambi nello stesso momento (sovrapposizione). Finora non è chiaro su quale tecnologia saranno basati i qubit nei computer quantistici, ma i qubit basati sullo spin degli elettroni sono sempre più promettenti. Finora si pensava che si potessero produrre solo nell'arseniuro di gallio, un semiconduttore più costoso del silicio. I ricercatori hanno però scoperto che il silicio è persino migliore.

Dato che i qubit possono essere sia 1 che 0 nello stesso momento un computer quantistico si occuperà dei problemi di calcolo che sono fuori portata dei supercomputer moderni. Il problema principale per i ricercatori è che la sovrapposizione è molto fragile. "I due numeri sono davvero importanti per i qubit", ha spiegato il leader della ricerca Lieven Vandersypen.

"La quantità di tempo per cui si può mantenere la sovrapposizione prima che spontaneamente ritorni a 1 o 0 è critico per il funzionamento efficace di un computer quantistico. Nell'arseniuro di gallio questa dura per circa 10 nanosecondi, ma nel silicio abbiamo raggiunto un fattore 100 volte più lungo. Usando alcune soluzioni intelligenti siamo stati in grado di portare questo tempo a 0,4 millisecondi. Anche se un tempo di coerenza di 0,4 millisecondi potrebbe non suonare molto lungo, per un computer è quasi un'eternità. Inoltre, la gate fidelity nel silicio è da 10 a 100 volte migliore. La gate fidelity è la misura che stabilisce se un'operazione che svolgete su un qubit funzionerà effettivamente".

Una precedente ricerca svolta dalla University of New South Wales in Australia ha dimostrato che il silicio 28 isotopicamente purificato può produrre risultati persino migliori. "Il silicio contiene naturalmente tre isotopi, tra cui la forma comune Si-28 e la meno comune con numero atomico 29. È stato dimostrato che quest'ultima forma degrada sensibilmente la coerenza e la gate fidelity. I ricercatori ritengono che rimpiazzare l'arseniuro di gallio con il silicio sarà estremamente importante per progettare un computer quantistico. La tecnologia richiesta per costruire nanostrutture in silicio ha già raggiunto uno stato avanzato nei chip, e ora, come speravano i ricercatori, il silicio si dimostra un materiale migliore per i qubit".

La ricerca della TU Delft sul computer quantistico ha attirato l'attenzione di Intel, che sta collaborando allo sviluppo. "La sfida più grande per i ricercatori è quella di scalare a vari qubit per l'uso in circuiti in cui più qubit interagiscono. Per creare un computer quantistico funzionante dovranno lavorare insieme almeno centinaia di qubit e preferibilmente di più", ha spiegato Vandersypen.

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