Qubit superconduttivi: nuovo metodo svela perdita di coerenza per dissipazione termica nascosta

RomeRicercatori dell'Università Aalto in Finlandia, insieme a collaboratori internazionali, hanno fatto progressi nello studio della perdita di coerenza nei qubit superconduttori. Hanno scoperto che questa perdita può essere misurata direttamente come calore nei circuiti contenenti i qubit. Questa scoperta è cruciale per il calcolo quantistico, dove le giunzioni di Josephson superconduttive sono componenti fondamentali dei qubit.

Lo studio si è concentrato sui seguenti risultati chiave:

• La dissipazione termica è un fattore primario nella perdita di coerenza dei qubit.
• La radiazione termica ha origine dai qubit stessi e si propaga attraverso il circuito.
• Esperimenti sono stati condotti su singoli giunzioni di Josephson per tracciare con precisione la perdita termica.
• Setup sperimentali più piccoli forniscono misurazioni più precise della radiazione termica.

Il fulcro del loro studio era un metodo per misurare le perdite di energia termica precedentemente ignorate. La ricerca ha rivelato che tali perdite derivano dalla radiazione termica emessa dai qubit e che viaggia lungo i circuiti. Per rilevare questa debole radiazione, hanno posizionato dei sensori termici estremamente sensibili accanto alle giunzioni di Josephson. Regolando la tensione e osservando i cambiamenti di fase, i ricercatori sono riusciti a tracciare la radiazione su un ampio spettro di frequenze.

Questa scoperta è significativa per vari motivi. Innanzitutto, qubit che durano più a lungo sono fondamentali per eseguire calcoli quantistici complessi. La ricerca offre un metodo per creare qubit più stabili identificando e riducendo le fonti di perdita di calore. Inoltre, comprendere come avviene la dispersione di calore può portare a metodi di raffreddamento più efficaci per i dispositivi quantistici.

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La ricerca è stata condotta presso le strutture con camera bianca di OtaNano ed è stata supportata da istituzioni come l'Università di Washington, l'Istituto Niels Bohr e l'Università di Madrid. Questa collaborazione ha unito competenze pratiche e teoriche, portando a scoperte significative.

I risultati di questo studio non si limitano al campo del calcolo quantistico. Migliorare la stabilità nei qubit superconduttori potrebbe potenziare anche altre tecnologie che utilizzano giunzioni Josephson, come i rilevatori di campi magnetici ed elettrici estremamente sensibili. Con l'accelerazione del progresso nel calcolo quantistico, le scoperte di questa ricerca forniscono direzioni preziose per futuri studi e sviluppi.

Il Centro di Eccellenza in Tecnologia Quantistica della Finlandia e il consorzio THEPOW, finanziati dal Consiglio della Ricerca Finlandese, hanno sostenuto questo lavoro. I risultati sono stati pubblicati su Nature Nanotechnology il 22 agosto.