Un nou pas către calculatoare cuantice performante: s-a descoperit o tehnică de a crea siliciu ultrapur5 min read

Unul din materialele folosite des în electronicele convenționale ar putea fi cheia pentru calculatoarele cuantice de înaltă performanță.

O echipă de cercetători de la universități din Anglia și Australia a creat o metodă de a obține siliciu de puritate extrem de ridicată, unul din materialele cheie pentru dezvoltarea și scalarea viitoare a calculatoarelor cuantice, conform unui studiu publicat în jurnalul Nature Communications Materials.// „Highly 28Si enriched silicon by localised focused ion beam implantation”, nature.com //

Proiectul de cercetare, desfășurat în comun la Universitatea din Melbourne, Australia și Universitatea din Manchester, Marea Britanie, a folosit o tehnică pentru crearea siliciului de înaltă puritate care extinde „coerența cuantică fragilă” a materialului – o proprietate care previne apariția erorilor de calcul la biții cuantici.

Biții cuantici sunt unitățile de bază ale informației cuantice. Spre deosebire de biții din computerele clasice, care pot stoca informația într-un sistem binar și secvențial de 1 și 0, biții cuantici pot obține „superpoziții” – stări care ocupă atât 1, cât și 0 în paralel, ceea ce crește exponențial puterea de calcul.

Ei sunt, însă, extrem de influențabili de schimbări minuscule din mediu. De exemplu, fluctuațiile de temperatură alterează modul în care biții cuantici stochează informația și duc la apariția erorilor de calcul. Așa că multe dintre calculatoarele cuantice dezvoltate până acum folosesc metale supraconductibile, precum tantalul sau niobiul, ultrarezistente la astfel de fluctuații și operate la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 °C).

Chiar și așa, ele au rate de eroare foarte mari, iar puterea lor de calcul nu o depășește pe cea a computerelor clasice, pentru că metalele supraconductibile pot stoca doar câteva sute de biți cuantici per cip. Astfel de materiale sunt și rare, ceea ce duce la costuri de producție extrem de ridicate.

O soluție ar putea fi producerea cipurilor cuantice din materiale semiconductoare, precum siliciul, folosite și în microcipurile din electrocasnicele comune. Tehnologiile de producție și miniaturizare ale microcipurilor din siliciu ar putea ridica, teoretic, numărul de biți cuantici de pe un singur cip la nivelul milioanelor. Asta ar depăși, ca putere de calcul, chiar și cele mai rapide supercomputere din lume în momentul de față.

Numai că „impuritățile” din siliciul natural – mai precis, doi izotopi prezenți în formele naturale ale acestuia – provoacă incoerență și erori de calcul în biții cuantici. Aici intervine descoperirea echipei anglo-australiene: cercetătorii au găsit un mod de a înlocui unul din izotopii problematici din siliciul natural, siliciu-29, prin expunerea materialului la fascicule ionice cu variante pure ale izotopului principal din material, siliciu-28, capabil de a păstra coerența cuantică. Metoda reduce cantitatea de siliciu-29 într-un cip de la 4,5% la doar 0,0002%.

Următoarea fază a proiectului de cercetare va testa capabilitatea noului material de a păstra coerența cuantică pentru un cip cu un număr ridicat de biți cuantici. De altfel, Universitatea din Melbourne deține, încă din 2014, recordul de menținere a coerenței cuantice pentru un singur bit cuantic stocat pe siliciu,  setat la acea vreme la 30 de secunde.//„Storing quantum information for 30 seconds in a nanoelectronic device”, nature.com //