Fisici riescono a registrare la “durata” dei qubit di grafene

Il grafene viene considerato il materiale del futuro. Sebbene sia già una solida realtà. Ma cos’è il grafene? E’ una forma di carbonio costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. È un semimetallo con una piccola sovrapposizione tra la valenza e le bande di conduzione (materiale a bandgap zero). È l’elemento strutturale di base di molti altri allotropi di carbonio, come grafite, diamante, carbone di legna, nanotubi di carbonio e fullereni.

Gli scienziati hanno teorizzato il grafene per anni. Era stato prodotto involontariamente in piccole quantità per secoli attraverso l’uso di matite e altre simili applicazioni di grafite. È stato osservato originariamente in microscopi elettronici nel 1962, ma è stato studiato solo se supportato su superfici metalliche.

Il materiale è stato successivamente riscoperto, isolato e caratterizzato nel 2004 da Andre Geim e Konstantin Novoselov all’Università di Manchester. I quali sono stati poi insigniti del premio Nobel.

Ma il grafene è un materiale ancora tutto da scoprire. A riprova di ciò, il fatto che in questi giorni i ricercatori del MIT, coadiuvati da altri ricercatori hanno registrato, per la prima volta, la “coerenza temporale” di un qubit di grafene.

Cosa significa ciò? Vale a dire, hanno misurato per quanto tempo può mantenere uno stato speciale che gli consenta di rappresentare contemporaneamente due stati logici. Vediamo meglio di cosa si tratta.

Grafene, cosa sono i qubit

Partiamo col dire cosa sono i qubit. I bit quantistici superconduttori (semplicemente i qubit) sono atomi artificiali che usano vari metodi per produrre bit di informazione quantistica, la componente fondamentale dei computer quantistici. Analogamente ai circuiti binari tradizionali nei computer, i qubit possono mantenere uno dei due stati corrispondenti ai classici bit binari, uno 0 o 1.

Ma questi qubit possono anche essere una sovrapposizione di entrambi gli stati contemporaneamente, che potrebbe consentire ai computer quantistici di risolvere problemi complessi che sono praticamente impossibili per i computer tradizionali. La quantità di tempo in cui questi qubit rimangono in questo stato di sovrapposizione viene definita come il loro “tempo di coerenza”. Più lungo è il tempo di coerenza, maggiore è la capacità del qubit di calcolare problemi complessi.

Recentemente, i ricercatori hanno incorporato materiali basati su grafene in dispositivi di calcolo quantistico superconduttori, che promettono un calcolo più veloce e più efficiente, tra gli altri vantaggi.

Grafene, cosa cambia con nuova scoperta

Cosa cambia dunque con la nuova scoperta del Mit e di altri ricercatori? In un documento pubblicato su Nature Nanotechnology, i ricercatori dimostrano, per la prima volta, un qubit coerente fatto da grafene e materiali esotici. Questi materiali consentono al qubit di cambiare stato attraverso la tensione, proprio come i transistor nei tradizionali chip per computer, e diversamente dalla maggior parte degli altri tipi di qubit superconduttori.

Inoltre, i ricercatori hanno messo un numero a tale coerenza, cronometrando a 55 nanosecondi, prima che il qubit ritorni al suo stato fondamentale.