I chip di silicio super-puro sbloccano i computer di prossima generazione

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Il silicio, elemento fondamentale per l’industria elettronica e informatica, tanto da aver dato il nome a una delle valli più famose della tecnologia, presenta tuttavia delle imperfezioni che limitano il suo utilizzo in applicazioni avanzate come i computer quantistici. Il silicio è il materiale preferito nell’elettronica principalmente perché è un semiconduttore, capace di condurre l’elettricità a diversi livelli a seconda delle condizioni. Questo elemento è anche il secondo più abbondante nella crosta terrestre, il che facilita notevolmente la sua disponibilità.

Nonostante il silicio sia stato fondamentale per lo sviluppo dei computer per decenni, la purezza di questo materiale è diventata un fattore limitante per i sistemi più avanzati, come i computer quantistici. Questi ultimi sfruttano le leggi della fisica quantistica per realizzare operazioni che i computer tradizionali non possono effettuare. Tuttavia, i qubit, che sono le unità fondamentali per il processo e l’archiviazione delle informazioni nei computer quantistici, possono perdere la loro “coerenza quantistica” a causa di minime interferenze, come fluttuazioni di temperatura o impurità del silicio.

La sfida delle impurità del silicio

Secondo il Professor David Jamieson, co-supervisore del progetto, il problema principale è dato dalla presenza di silicio-29, un isotopo che costituisce circa il 4.5% del silicio naturale e che contiene un neutrone in più nel nucleo di ciascun atomo. Questo neutrone agisce come un piccolo magnete indisciplinato, distruggendo la coerenza quantistica e generando errori di calcolo.

Per affrontare questo problema, i ricercatori dell’Università di Melbourne e dell’Università di Manchester hanno sviluppato un metodo per produrre silicio di elevata purezza. Il processo impiega una macchina chiamata impiantatore ionico, che emette un fascio di silicio-28 su un chip informatico, sostituendo gradualmente le impurità di silicio-29 con silicio-28. Il risultato finale è una riduzione del contenuto di silicio-29 dal 4.5% a soli 0.0002%, o due parti per milione.

Il Professor Jamieson evidenzia che, grazie a questa tecnica, ora è possibile purificare il silicio utilizzando un impiantatore ionico standard, disponibile in qualsiasi laboratorio di fabbricazione di semiconduttori, configurato specificamente secondo le indicazioni del team di ricerca. Questi chip di silicio super-puri dovrebbero contribuire a mantenere stabili per più tempo i computer quantistici con molti qubit, riducendo la vulnerabilità agli errori. Il passo successivo, come affermato dal team di ricerca, sarà testare l’efficacia di questi chip in condizioni operative.