Nanotubi di carbonio per computer quantistici

A differenza dei bit convenzionali che possono assumere un valore di 0 o 1, i qubit sono in grado di rappresentare il valore 0, 1 o entrambi contemporaneamente. A causa di questo speciale fenomeno di sovrapposizione relativo alla meccanica quantistica, si presume che i futuri computer quantistici saranno più efficienti per determinate attività computazionali rispetto a quelli convenzionali. Lo spin dell’elettrone è un ovvio metodo per l’attuazione fisica di un qubit.

Recenti studi hanno dimostrato la possibilità di inizializzare, manipolare, accoppiare e visualizzare qubit basati sullo spin mediante l’utilizzo di elettroni confinati in un ambiente a stato solido. Gli scienziati finanziati dall’UE stanno studiando il potenziale unico dei nanotubi di carbonio (CNT) per l’attuazione di qubit e la computazione quantistica a stato solido nell’ambito del progetto CARBONQUBITS (Quantum bits in carbon nanostructures).

I risultati ottenuti fino a oggi hanno evidenziato fenomeni fisici relazionati al moto quantistico e proprietà temporali del controllo relativo allo spin, che sarà di aiuto nella progettazione e ottimizzazione di nanostrutture di carbonio per applicazioni di computazione quantistica.

Studi teorici hanno dimostrato che l’interazione dello spin di un elettrone intrappolato su un CNT, sospeso sopra una piccola trincea per via delle vibrazioni del CNT stesso, può essere molto forte: Quando il CNT risuona all’unisono con lo spin, un quantum di suono emesso dall’elettrone può essere riassorbito e riemesso molte volte prima che sia perso. Il fenomeno costituirà un prezioso strumento per lo studio del moto quantistico e potrebbe essere un modo per realizzare la comunicazione a lunga distanza tra qubit.

Per essere utile al calcolo quantistico, la scala cronologica della manipolazione di qubit deve essere molto più breve della scala cronologica della perdita di informazioni. Un semplice modello ha dimostrato che tale controllo dello spin aumenta di velocità con l’aumento dell’intensità del campo di eccitazione fino a un determinato valore. Quando la forza supera tale valore ottimale, lo spin diventa più lento e questo è il caso anche dei qubit basati sullo spin nei punti quantici dei CNT.

L’era dell’informatica quantistica si sta avvicinando velocemente e il progetto CARBONQUBITS si trova a dare un valido contributo. Seguiranno importanti vantaggi per i ricercatori associati e per la posizione di competitività dell’Europa in un mercato emergente.