I computer classici memorizzano ed elaborano le informazioni in bit, che sono rappresentati come uno o zero. I computer quantistici, tuttavia, utilizzano qubit che possono essere uno, uno - zero o entrambi allo stesso tempo, grazie alla stranezza quantistica della sovrapposizione. Ciò dovrebbe consentire ai computer quantistici di diventare esponenzialmente più potenti di quelli classici. Tuttavia, gli stati quantistici sono sensibili alle interferenze esterne, che possono causare errori che limitano gravemente la praticità di queste macchine.
Ma ora, i tre nuovi studi hanno dimostrato sistemi di computer quantistici con tassi di errore inferiori all'uno per cento. Meglio ancora, questi dispositivi erano tutti basati sul silicio, il che dovrebbe renderli più facili da fabbricare utilizzando l'infrastruttura di semiconduttori commerciali esistente.
Un team guidato dall'Università del New South Wales (UNSW) in Australia ha raggiunto una fedeltà del 99,95% in un sistema a un qubit e del 99,37% con due qubit operativi. Un secondo team, della Delft University of Technology nei Paesi Bassi, ha raggiunto il 99,87% con un qubit e il 99,65% con due. E infine, un team di RIKEN in Giappone ha raggiunto il 99,84% di fedeltà in un sistema a un qubit e il 99,51% con due qubit.
"Quando gli errori sono così rari, diventa possibile rilevarli e correggerli quando si verificano", ha affermato il professor Andrea Morello, autore principale dello studio UNSW. "Questo dimostra che è possibile costruire computer quantistici che hanno abbastanza scala e abbastanza potenza per gestire calcoli significativi".
Il sistema della UNSW codifica le informazioni negli spin nucleari degli atomi di fosforo, impiantati in un chip di silicio. I nuclei di questi atomi sono il processore principale, che esegue operazioni quantistiche, e sono collegati tra loro tramite un elettrone impigliato con ogni atomo.
"Se hai due nuclei collegati allo stesso elettrone, puoi fargli fare un'operazione quantistica", ha spiegato il dottor Mateusz Mądzik, autore sperimentale principale dello studio. "Mentre non si aziona l'elettrone, quei nuclei memorizzano in modo sicuro le loro informazioni quantistiche. Ma ora hai la possibilità di farli parlare tra loro tramite l'elettrone, per realizzare operazioni quantistiche universali che possono essere adattate a qualsiasi problema computazionale. "
Gli esperimenti di Delft e RIKEN sono stati condotti utilizzando gli spin di due elettroni come qubit, ciascuno confinato in un punto quantico fatto di silicio e una lega di silicio-germanio. Con tutti e tre i team che superano il 99% di precisione, i ricercatori affermano che i prossimi passi sono la progettazione di pratici processori quantistici al silicio che possono essere scalati per i computer quantistici commerciali.