Computer quantistici: il nuovo chip di silicio ci avvicina, dice il suo creatore

A Andrew Dzurak piace pensare in termini di un quadro generale, anche se non tutto è ancora messo a fuoco.

Professore di ingegneria presso l'Università del New South Wales di Sydney e direttore dell'Australian National Fabrication Facility, l'obiettivo di Dzurak è quello di creare il primo computer quantistico pratico. E crede che il design appena rivelato della sua squadra per un chip quantico di computer possa rappresentare un primo passo cruciale verso quella destinazione - e tutto sta basandosi sull'architettura del chip di silicio che alimenta i computer di oggi.

"Fornisce una 'visione' o 'percorso' per costruire un processore quantistico su larga scala, con i milioni di qubit che saranno necessari per risolvere una serie di problemi importanti", dice Inverso.

Il calcolo quantico è un progresso che verosimilmente potrebbe essere il definendo i risultati tecnologici del XXI secolo - supponendo, ovviamente, che possiamo farcela nei prossimi 83 anni. Non è certo, considerando che un computer quantico pienamente operativo avrebbe bisogno di avere milioni di bit quantici, o qubit, su ogni chip. Quelli in fase di sviluppo in luoghi come Google superano a circa 50 qubit, senza alcuna garanzia che i progetti possano essere scalati verso l'alto.

Ma come spiegano Dzurak ei suoi colleghi ricercatori in un articolo pubblicato venerdì a Comunicazioni della natura, credono che il loro progetto possa essere costruito per includere il serraglio richiesto di qubit, ognuno traendo vantaggio dalla stranezza quantistica per trascendere i limiti del binario e risolvere rapidamente i problemi che richiederebbero ai computer tradizionali milioni di anni.

"Questa è un'analogia molto semplicistica, ma immagino si possa dire che è un po 'come quando la squadra di luna piena aveva un progetto completo per l'intera missione, inclusi i motori a razzo, i tempi delle fasi, il modulo di atterraggio, le tute spaziali, ecc. "dice. "Per realizzare un grande progetto è necessario avere una visione di come tutto si concilia, ed è quello che abbiamo deciso di fare con questo articolo."

Il team di Dzurak si concentra sui chip quantici di silicio, uno dei cinque candidati principali per l'architettura quantistica dei computer. Il suo vantaggio principale è che si tratta di un'estensione della tecnologia dei chip al silicio già in uso, che offre una guida approssimativa su come rendere i qubit abbastanza piccoli da adattarsi a milioni su un singolo chip.

"Immagino sia giusto dire che non dedicherò gran parte del lavoro della mia vita ai qubit di silicio se non pensassi che fossero la strada giusta da percorrere", dice, anche se riconosce la capacità di miniaturizzare quei qubit creare ulteriori problemi. "Questo è in realtà un vantaggio importante rispetto agli altri qubit, perché significa che è possibile impacchettare molti più qubit su un singolo chip, ma crea anche alcune difficoltà nell'ottenere così tante linee di controllo in un piccolo volume. In parte questa è una delle sfide principali che il nostro studio si propone di affrontare ".

Il fatto che questi chip condividano così tante caratteristiche con i chip di oggi significa anche che possono essere costruiti utilizzando materiali già disponibili e in uso. Il documento fornisce ulteriori dettagli su come questo progetto risolva più problemi tecnici come correggere gli errori nei calcoli del qubit e costruire i circuiti necessari per controllare e leggere tutti quei milioni di componenti quantici.

Quindi quanto ci avvicina questo a un computer quantistico reale e pratico?

"Vogliamo iniziare a utilizzare i processi di fabbricazione dei chip di silicio per creare un sistema piccolo (ad esempio 10-qubit) - questo è l'obiettivo numero uno - che speriamo di ottenere in 3 o 5 anni", afferma Dzurak. "Quindi vogliamo costruire un livello più alto di integrazione, con l'obiettivo di dire 100 qubit in circa 6-10 anni. A circa 100 qubit avremmo un prototipo che potrebbe poi continuare ad aumentare ulteriormente nel tempo, ma che potrebbe già essere applicato ad alcuni problemi interessanti."

Dzurak dice che i tempi sono altamente dipendenti da quanto investimento riceve il suo gruppo. Realizzare la visione del team di un vero computer quantistico richiederà risorse sostanziali.Ma almeno questa visione non è mai stata più chiara.

"Quando ho iniziato questo lavoro di progettazione volevo avere una visualizzazione di ciò che un chip computer quantico completo potrebbe sembrare", dice. "È stato molto importante, dal momento che ha evidenziato sia i vantaggi dell'uso del silicio, sia le sfide legate alla realizzazione di un intero processore quantico. Rimangono sfide ingegneristiche molto reali, che prenderanno forza di volontà e determinazione per risolverlo, ma ora abbiamo un vero obiettivo da raggiungere ".