Rendere i sistemi quantistici più scalabili è uno dei requisiti chiave per l’ulteriore sviluppo dei computer quantistici perché i vantaggi che offrono diventano sempre più evidenti man mano che i sistemi vengono ampliati. I ricercatori della TU Darmstadt hanno recentemente compiuto un passo decisivo verso il raggiungimento di questo obiettivo.
I processori quantistici basati su array bidimensionali di pinzette ottiche, creati utilizzando raggi laser focalizzati, sono una delle tecnologie più promettenti per lo sviluppo dell'informatica e della simulazione quantistica che consentiranno applicazioni altamente vantaggiose in futuro. Ne trarranno vantaggio diverse applicazioni, dallo sviluppo di farmaci fino all’ottimizzazione dei flussi di traffico la tecnologia.
Finora questi processori sono stati in grado di supportare diverse centinaia di sistemi quantistici a singolo atomo, in cui ogni atomo rappresenta un bit quantistico o qubit come unità di base dell’informazione quantistica. Per fare ulteriori progressi è necessario aumentare il numero di qubit nei processori. Questo è stato ora raggiunto da un team guidato dal professor Gerhard Birkl del gruppo di ricerca Atomi-Fotoni-Quanta del Dipartimento di Fisica della TU Darmstadt.
In un articolo di ricerca, pubblicato per la prima volta all'inizio di ottobre 2023 su arXiv server di prestampa ed è stato ora pubblicato anche sulla rivista dopo la revisione scientifica tra pari Optica, il team riferisce del primo esperimento riuscito al mondo per realizzare un'architettura di elaborazione quantistica che contiene più di 1,000 qubit atomici su un singolo piano.
“Siamo estremamente lieti di essere stati i primi a superare la soglia dei 1,000 qubit atomici controllabili individualmente perché tanti altri eccezionali concorrenti sono alle calcagna”, afferma Birkl.
I ricercatori sono stati in grado di dimostrare nei loro esperimenti che il loro approccio che combina i più recenti metodi ottici quantistici con la tecnologia microottica avanzata ha permesso loro di aumentare significativamente gli attuali limiti sul numero accessibile di qubit.
Ciò è stato ottenuto introducendo il nuovo metodo di “sovralimentazione a bit quantistici”. Ciò ha permesso loro di superare le restrizioni imposte sul numero di qubit utilizzabili dalle prestazioni limitate dei laser. Un totale di 1,305 qubit a singolo atomo sono stati caricati in un array quantistico con 3,000 siti trappola e riassemblati in strutture bersaglio prive di difetti con un massimo di 441 qubit. Utilizzando più sorgenti laser in parallelo, questo concetto ha superato i confini tecnologici che fino ad oggi erano percepiti come quasi insormontabili.
Per molte applicazioni diverse, 1,000 qubit sono visti come il valore soglia a partire dal quale ora è possibile dimostrare per la prima volta l’aumento di efficienza promesso dai computer quantistici. I ricercatori di tutto il mondo hanno quindi lavorato intensamente per essere i primi a superare questa soglia. Lo studio di Birkl e colleghi descrive come ulteriori aumenti nel numero di sorgenti laser consentiranno di raggiungere un numero di qubit di 10,000 e più in pochi anni.