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I ricercatori del MIT il grafene e i computer quantistici

I ricercatori del MIT si imbattono in un materiale magico per computer quantistici
 
I ricercatori hanno ideato tre nuovi dispositivi elettronici quantistici da un “materiale magico”.
 
Al suo recente vertice I/O 2021 , Google ha presentato il suo ambizioso progetto di calcolo quantistico, che afferma di essere “utile” e “senza errori”. Il computer quantistico (QC) corretto per gli errori presso la sua intelligenza artificiale quantistica, nel campus di Santa Barbara, sarà pronto nel 2029, secondo la società. Un tipico lavoro di calcolo quantistico richiederebbe di occuparsi del mantenimento di fabbricazioni precise, temperatura supercool per operare, una miriade di probabilità, errori frequenti e altro ancora.

Ora, un gruppo di  ricercatori del MIT che coinvolge: Pablo Jarillo-Herrero, Cecil e Ida Green, professore di fisica al MIT, afferma di aver trovato un modo per costruire migliori QC. I ricercatori hanno ideato tre nuovi dispositivi elettronici quantistici da un “materiale magico”.

Cos’è questo “materiale magico” 

 

Andre Geim e Konstantin Novoselov dell’Università di Manchester, Regno Unito, hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2010 per gli esperimenti riguardanti il ​​materiale bidimensionale noto con il nome di Grafene, il materiale magico . Il grafene è uno strato di carbonio dello spessore di un atomo disposto in una struttura a nido d’ape. Allo stesso modo, più altre applicazioni possono essere ricavate dalla stessa. 

In precedenza, il gruppo Jarillo-Herrero prendeva due strati di grafene, uno sovrapposto all’altro con un’inclinazione di 1,1 gradi. La struttura consente al grafene di agire sia come superconduttore che come isolante, a seconda del numero di elettroni nel sistema forniti da un campo elettrico. 

Nell’ultimo esperimento, a differenza del tradizionale utilizzo di un singolo elettrodo, sono stati utilizzati più elettrodi per fornire una tensione diversa a diverse aree del grafene. Ciò ha portato al materiale che mostra altri stati elettronici da superconduttore, isolante a una via di mezzo in diverse sezioni. Utilizzando questa proprietà unica, i ricercatori hanno sviluppato dispositivi per l’industria dell’elettronica quantistica.

I tre dispositivi: giunzione Josephson, o interruttore superconduttore; un dispositivo di tunneling spettroscopico; e un transistor a singolo elettrone, sono stati creati da un unico materiale. 

Una giunzione Josephson viene creata inserendo uno strato non superconduttore tra due strati superconduttori. Ha le sue applicazioni nel fare in modo che gli SQUID (dispositivi superconduttori a interferenza quantistica) effettuino misurazioni precise dei campi magnetici. Il dispositivo di tunneling spettroscopico, così creato, sarà la chiave per studiare di più sulla superconduttività. Contiene ampie applicazioni come il filo superconduttore, che ha il potenziale per trasportare immense correnti elettriche senza riscaldarsi per generare grandi campi magnetici. Allo stesso modo, il dispositivo a transistor a elettrone singolo, essendo estremamente sensibile ai campi elettrici, ha una varietà di applicazioni, incluso il rilevamento di segnali infrarossi a temperatura ambiente.

 L’uso di un unico materiale regolabile elettricamente avvantaggia tutti e tre i dispositivi. Quelli fabbricati con metodi tradizionali e una varietà di materiali affrontano una serie di difficoltà. “Ora, se hai a che fare con un singolo materiale, quei problemi scompaiono”, afferma Daniel Rodan Legrain, autore principale del documento Nature Nanotechnology .

Direzione futura
Crediti immagine: analisi BCG
Il calcolo quantistico ha grandi potenziali usi per il futuro, incluso il dominio della sicurezza informatica. Il National Institute of Standards and Technology (NIST), statunitense, annuncerà presto i risultati del suo progetto Post-Quantum Cryptography Standardization, finalizzato agli algoritmi crittografici per la protezione delle informazioni elettroniche.

La modellazione di una semplice molecola di penicillina richiederebbe un computer classico assurdamente massiccio con 10^86 bit, secondo Boston Consulting Group. Lo stesso processo, sui moderni computer quantistici, potrebbe essere un gioco da ragazzi e può persino portare alla scoperta di nuovi trattamenti per malattie critiche come il cancro, l’Alzheimer e le malattie cardiache. Allo stesso modo, altre applicazioni includono la lotta ai cambiamenti climatici, una migliore intelligenza artificiale, l’ottimizzazione del traffico e molte altre. 

Il calcolo quantistico ha il potenziale per accelerare il modo in cui affrontiamo i problemi, ma la vera sfida è costruire QC affidabili. Attualmente i superconduttori operano a temperature estremamente basse, limitando così le loro applicazioni. Tuttavia, i ricercatori sperano che creerà la possibilità per i superconduttori ad alta temperatura in futuro. 

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