Una nuova procedura descrive i passaggi necessari a creare transitor a singolo atomo. Collegati insieme, potrebbero rappresentare la base del calcolo quantistico.
di Lisa Ovi
I transistor costituiti da cluster di atomi o persino singoli atomi promettono di diventare i mattoni di una nuova generazione di computer con memoria e potenza di elaborazione senza pari, ma per sfruttarne appieno il potenziale, è necessario trovare il modo di riprodurli in gran numero. Ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dell’Università del Maryland hanno sviluppato un metodo per produrre dispositivi su scala atomica, arrivando a costruire un transistor a singolo atomo e il primo a fabbricare una serie di transistor a singolo elettrone con controllo su scala atomica sulla geometria dei dispositivi.
L’economia mondiale sarà sempre più basata sulla capacità di elaborare una straordinaria mole di dati e quindi sulla disponibilità di supercomputer. I computer quantistici archiviano ed elaborano i dati in modo completamente diverso da quello a cui siamo abituati. Dovrebbero essere in grado di affrontare in poco tempo problemi che il più potente tra i supercomputer classici non sarebbe in grado di risolvere che in tempi biblici, come violare i codici crittografici attuali o simulare il comportamento preciso delle molecole per aiutare a scoprire nuovi farmaci e materiali.
Gli scienziati hanno dimostrato di poter regolare con precisione la velocità con cui i singoli elettroni fluiscono attraverso uno spazio fisico o una barriera elettrica dei loro transistor, a dispetto del fatto che secondo la fisica classica non dovrebbero avere l’energia sufficiente a farlo. Questo fenomeno, noto come tunnel quantistico, è alla base dell capacità dei transistor di venire interconnessi per creare bit quantistici (qubit) da utilizzare nell’informatica quantistica.
Per fabbricare transistor a singolo o pochi atomi, i ricercatori sono partiti da una tecnica nota in cui un chip di silicio viene coperto da uno strato di atomi di idrogeno, un elemento che lega facilmente al silicio. La punta fine di un microscopio a tunnel di scansione rimuove quindi gli atomi di idrogeno nei siti selezionati. L’idrogeno rimanente agisce come una barriera quando i ricercatori dirigono del gas fosfino (PH3) sulla superficie del silicio, con il risultato che singole molecole di PH3 rimangono attaccate solo alle posizioni da cui l’idrogeno era stato rimosso. La superficie del silicio viene quindi riscaldata. Il calore espelle gli atomi di idrogeno dal PH3 e induce l’atomo di fosforo rimasto indietro ad incorporarsi nella superficie e creare le basi di una serie di dispositivi a atomo singolo o a pochi atomi altamente stabili, adatti ad essere utilizzati come qubit.
Il metodo di applicazione degli strati sembra produrre dispositivi su scala atomica più stabili e precisi. Secondo quanto dichiarato in una pubblicazione su Advanced Functional Materials, il tasso di successo del nuovo metodo sarebbe quasi pari al 100%, un risultato chiave, visto che anche il migliore dei transistor diventa inutile se non si riesce a rimanerci in contatto. Su Nature Communications Physics, Silver suoi colleghi hanno invece dimostrato di essere in grado di controllare con precisione la velocità con cui i singoli elettroni attraversano barriere e tunnel nei transistor a singolo elettrone.
Il controllo dei movimenti dei singoli elettroni è fondamentale in computer che si affidano ai bit quantici, o qubit, per manipolare i dati. Più qubit sono presenti, infatti, più incerte divengono le prestazioni del supercomputer, a causa del loro delicato stato quantico, talmente delicato da poter essere disturbato dalle più piccole vibrazioni o variazioni nella temperatura. Se lo stato quantico dei qubit viene compromesso, i calcoli effettuati dalle macchine possono emergere errati.
Immagine di: Dougbutner, Pixabay
(lo)
