Il primo singlet-triplet qubit basato su nanostrutture di germanio

Un gruppo di ricercatori dell’Institute of Science and Technology-Austria, del Politecnico di Milano, dell’Universitat Autònoma de Barcelona e dell’Universität Konstanz ha realizzato un qubit basato su nanostrutture di germanio. I risultati della ricerca sono stati presentati recentemente sulla rivista “Nature Materials”.

Il qubit o quantum bit è l’equivalente quantistico del bit, l’unità elementare dell’informazione che, in un computer convenzionale può assumere il valore uno o zero. Nel caso di un qubit, l’informazione può essere immagazzinata nella sovrapposizione di due stati quantistici: questo rende in linea di principio possibile la trattazione di problemi di calcolo che richiederebbero tempi ingestibili per un calcolatore tradizionale.

Il qubit è stato realizzato a partire da strati nanometrici di germanio, un semiconduttore facilmente integrabile su un chip di silicio, cresciuti presso il laboratorio L-NESS del Dipartimento di Fisica. I portatori di carica intrappolati nello strato nanometrico vengono poi ulteriormente confinati nello spazio di pochi nanometri grazie ai processi di nanofabbricazione svolti presso IST-Austria, che ha coordinato la ricerca.

A differenza dei dispositivi tradizionali basati sul controllo della carica elettrica, il qubit realizzato sfrutta lo spin, una proprietà degli elettroni di natura puramente quantistica. Il confinamento dei portatori permette di manipolare lo spin associato a coppie di portatori di carica per eseguire le operazioni logiche fondamentali alla base del calcolo quantistico.

Rispetto a dispositivi simili realizzati in passato, il qubit basato su nanostrutture di germanio richiede campi magnetici fino a 10 volte inferiori e permette di eseguire cento milioni di operazioni quantistiche al secondo.