Condensatore di grafene utilizzato per creare bit quantistici

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I ricercatori del LPQM (Laboratory of Photonics and Quantum Measurements) di Losanna stanno sperimentando l'uso di un condensatore quantistico basato sul grafene per creare qubit (quantum bits, ovvero bit quantistici) stabili.

A differenza dei computer classici basati su celle di memoria che contengono informazione espressa in bit (cioè uno o zero), il qubit è l'unita fondamentale del computer quantistico, che prevede la sovrapposizione degli stati uno e zero nel qubit stesso. Concettualmente ci stiamo discostando dal classico calcolatore elettronico, avvicinandoci ad una macchina diversa capace di implementare algoritmi più complessi ma sostanzialmente diversi da quelli che conosciamo. Per saperne di più vi invitiamo a consultare questo articolo che spiega l'argomento in maniera più dettagliata.

Il problema della creazione di qubit stabili deriva dalla difficoltà nel mantenere intatta l'informazione che immagazzinano quando entrano in "contatto" con l'ambiente esterno: parliamo di pochi atomi che compongono il sistema circondati da altri atomi che lo contengono e generalmente questi interagiscono tra di loro continuamente (tutta la materia è in movimento, anche se il nostro occhio non riesce a captarlo). L'unico modo per evitare che il sistema inteso come qubit venga influenzato è lavorare a temperature prossime allo zero assoluto, quando le particelle sono pressoché immobili.

Immaginate di invitare molte persone nel vostro salotto per una festa, e che queste comincino a parlare a voce alta l'una con l'altra. Se siete sulla porta e volete sapere se il tizio all'estremità opposta della stanza vuole un sandwich, potreste chiedergli di urlare per capire quale sia la sua risposta. Sicuramente non riuscireste a sentire quello che ha da dire e sarà necessario chiedere a tutti gli invitati di far silenzio. Allo stesso modo i qubit hanno bisogno di atomi immobili intorno a loro per funzionare correttamente.

Il qubit pensato dal LPQM sarebbe realizzato con un condensatore (cioè due lastre metalliche affacciate l'una all'altra, in questo caso di grafene) riempito nel mezzo da un altro materiale isolante. Il Grafene è uno strato monoatomico di atomi di carbonio disposti ad esagono, aventi la resistenza del diamante (che è invece un reticolo 3D di atomi di carbonio) e la flessibilità di un materiale plastico.

Il suddetto condensatore, connesso ad un circuito, riuscirebbe a produrre qubit stabili con il vantaggio di essere più semplice da fabbricare rispetto ad altri materiali criogenici, nonché più resistente alle interferenze elettromagnetiche (che distruggerebbero l'informazione dei qubit stessi). Le due lastre metalliche del capacitore sono due fogli di grafene affacciati l'uno all'altro riempiti nel mezzo da nitruro di boro (composto formato da boro e azoto), anch'esso avente una struttura planare in 2D. In nitruro di boro è inserito tra il grafene come una pila di fogli uno sopra l'altro, e funge da isolante tra le due facce del capacitore. Pensate ad un sandwich fatto con grafene (pane) e tutto il condimento (nitruro di boro), prendendo come riferimento l'immagine in copertina.

Ora il processo con cui questa struttura genererebbe qubit non è affato semplice, vi basta sapere che la non linearità tra la carica accumulata e la tensione ai capi garantita dai materiali scelti è essenziale per l'applicazione nel campo dei computer quantistici. Inoltre questa struttura potrebbe essere usata per realizzare mixer, amplificatori e circuiti ad alta frequenza non lineari.

Per altre news sui computer quantistici, potete consultare anche questo articolo dello scorso mese.

FONTE: Phys.org Quanto è interessante?
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