I ricercatori hanno sviluppato un nuovo superconduttore basato sul germanio, un materiale già onnipresente nel settore informatico, consentendo potenzialmente progressi significativi nella tecnologia dei computer quantistici. La svolta affronta un ostacolo cruciale nel calcolo quantistico: la necessità di materiali che mostrino superconduttività e possano essere perfettamente integrati nei processi di fabbricazione dei chip esistenti.
Cos’è la superconduttività e perché è importante?
I superconduttori sono materiali in grado di condurre elettricità con resistenza zero. Questa proprietà è eccezionalmente preziosa in qualsiasi dispositivo elettrico, poiché elimina la perdita di energia dovuta al calore. Fondamentale per l’informatica quantistica, i superconduttori mantengono anche la coerenza quantistica, un fenomeno essenziale per la manipolazione e l’archiviazione delle informazioni quantistiche.
La sfida dell’integrazione dei superconduttori nell’informatica
I precedenti superconduttori, sebbene efficaci, erano spesso realizzati con materiali insoliti e difficili da lavorare. Ciò ha rappresentato un ostacolo significativo alla loro incorporazione in dispositivi informatici pratici, in particolare nei computer quantistici che richiedono circuiti complessi.
Un nuovo approccio: germanio drogato con gallio
Peter Jacobson dell’Università del Queensland, in Australia, e il suo team hanno creato un superconduttore a base di germanio introducendo il gallio nel materiale attraverso un processo chiamato doping. A differenza dei precedenti tentativi di combinazioni simili, che si sono rivelati instabili, il team di Jacobson ha utilizzato l’irradiazione con raggi X per forzare una distribuzione più uniforme del gallio all’interno della pellicola di germanio. Ciò ha prodotto strutture stabili e modellate.
Requisiti del superraffreddamento e panorama dell’informatica quantistica
È importante notare che questo nuovo superconduttore, come quelli esistenti, non funziona a temperatura ambiente. Richiede temperature estremamente basse – in particolare, 3,5 Kelvin (-270°C/-453°F) – per funzionare. Anche se questo ne elimina l’uso nei tipici dispositivi di consumo, David Cardwell dell’Università di Cambridge suggerisce che sia una soluzione perfetta per l’informatica quantistica, che necessita già di un superraffreddamento.
“Potrebbe essere una trasformazione per il settore quantistico”, afferma Cardwell. “Ciò offre un livello di funzionalità completamente nuovo, perché comunque l’ambiente è molto freddo. Penso che questo sarebbe il punto di partenza ovvio.”
Superare il problema dei difetti della struttura cristallina
I precedenti tentativi di combinare superconduttori con semiconduttori (componenti chiave dei dispositivi informatici) hanno prodotto difetti nella struttura cristallina, un grave ostacolo per le applicazioni pratiche. Questi difetti portano all’assorbimento del segnale e interferiscono con le precise operazioni quantistiche.
“Il disordine è davvero un effetto parassitario nella tecnologia quantistica”, spiega Jacobson. “Causa l’assorbimento dei tuoi segnali.”
Una struttura cristallina uniforme per una funzionalità migliorata
Il superconduttore di germanio drogato con gallio di nuova concezione supera questo problema consentendo agli strati del materiale e agli strati di silicio (un altro semiconduttore comune) di sedersi direttamente uno sopra l’altro senza interrompere la struttura cristallina. Ciò apre la strada alla produzione di chip integrati che sfruttano i vantaggi unici sia dei semiconduttori che dei superconduttori. Questi chip combinati hanno il potenziale per migliorare drasticamente l’efficienza e l’affidabilità dei computer quantistici.
In conclusione, la creazione di un superconduttore al germanio stabile e di facile produzione rappresenta un significativo passo avanti per l’informatica quantistica. Affrontando le questioni legate all’integrazione dei materiali e ai difetti della struttura cristallina, questa innovazione apre possibilità per tecnologie quantistiche più potenti e affidabili
