Svolta a Colonia: i nanofili superconduttori promuovono i computer quantistici!

Svolta a Colonia: i nanofili superconduttori promuovono i computer quantistici!

I fisici dell'Università di Colonia hanno compiuto progressi significativi nel campo della tecnologia dell'informatica quantistica. Hanno scoperto un effetto superconduttore nei nanofili realizzati con isolanti topologici. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista “Nature Physics” e rappresentano un passo importante nello sviluppo di bit quantistici (qubit) più stabili. Lo studio è intitolato "Riflessione di Andreev incrociata a lungo raggio in nanofili isolanti topologici prossimi a un superconduttore", come riporta [uni-koeln.de].

Il rilevamento cruciale della riflessione di Andreev incrociata (CAR) nei nanofili potrebbe gettare le basi per i futuri computer quantistici. Questa riflessione è un effetto quantistico in cui gli elettroni iniettati nei nanofili si accoppiano con altri elettroni per formare coppie di Cooper superconduttrici. In questo studio è stato sviluppato un approccio innovativo alla fabbricazione di nanofili che porta a strutture più pulite, il che è fondamentale per indurre correlazioni superconduttrici negli isolanti topologici.

Principali risultati e passi futuri

Sotto la direzione del dottor Junya Feng e della ricerca del professor dottor Yoichi Ando mostra una prospettiva promettente sull'uso dei fermioni di Majorana per sviluppare robusti bit quantistici. Le attuali tecnologie qubit sono spesso instabili e soggette a errori, ma la capacità di creare stati quantistici speciali potrebbe inaugurare un cambiamento di paradigma nella tecnologia dell’informatica quantistica. Il prossimo passo dei ricercatori sarà osservare e controllare i fermioni di Majorana in questi sistemi.

Fondamentale è la collaborazione con l’Università di Basilea e il Cluster of Excellence “Matter and Light for Quantum Information” (ML4Q). ML4Q è stata fondata nel 2019 e riunisce scienziati delle università di Colonia, Aquisgrana, Bonn e del Centro di ricerca Jülich. Uno degli obiettivi principali del consorzio è la ricerca nel campo dell'informatica quantistica e lo sviluppo di nuovi hardware e software quantistici.

Isolanti topologici e loro significato

Gli isolanti topologici (TI) svolgono un ruolo centrale nella tecnologia del calcolo quantistico. Sono intesi come base per la costruzione di qubit stabili, in particolare attraverso la generazione di fermioni di Majorana. Queste particelle speciali potrebbero apparire in topologie che producono una sostanza con superconduttività topologica. Secondo [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov], lo studio delle proprietà di trasporto delle normali giunzioni metallo/ferromagnetico isolante/superconduttore mostra che sorgono modalità Majorana chirali che possono essere fortemente influenzate dalla direzione della magnetizzazione.

Queste scoperte non hanno solo applicazioni pratiche, ma anche implicazioni teoriche più profonde per i fondamenti della meccanica quantistica. La capacità di creare e controllare nuove fasi della materia potrebbe consentire progressi rivoluzionari nel campo dell’informatica quantistica.

Un recente esempio delle applicazioni pratiche dei fermioni di Majorana e degli isolanti topologici è l'annuncio di Microsoft di Majorana 1, il primo processore quantistico al mondo basato su un'architettura di nucleo topologico. Secondo [azure.microsoft.com], Majorana 1 è progettato per essere scalabile fino a un milione di qubit su un singolo chip. Questa tecnologia potrebbe portare i computer quantistici a diventare uno strumento standard nella scienza dei materiali, nell’agricoltura e nella scoperta chimica nei prossimi anni.

Gli attuali progressi nell’informatica quantistica potrebbero trasformare il modo in cui elaboriamo le informazioni e avere un impatto significativo su numerose aree della scienza. Il percorso verso lo sviluppo dei computer quantistici di prossima generazione sarà quindi influenzato in modo decisivo da risultati come quelli dell’Università di Colonia.