Nei laboratori di tutto il mondo i qubit superconduttivi si comportano in modo diverso, anche se sono fabbricati secondo lo stesso schema e con gli stessi materiali. Alcuni conservano lo stato quantistico più a lungo, altri lo perdono più in fretta — e fino a poco tempo fa la causa restava un mistero.
I ricercatori del centro SQMS del Fermilab hanno condotto il più ampio studio cieco finora realizzato su 22 qubit transmon, creati in tre istituti. Sette metodi di analisi dei materiali e sei organizzazioni partner hanno permesso di collegare le peculiarità microscopiche alle prestazioni reali dei dispositivi.
I principali responsabili si sono rivelati tre dettagli: lo spessore dello strato di ossido sulla superficie, l'angolo delle pareti laterali dopo l'incisione e la profondità delle scanalature attorno agli elettrodi. Persino una differenza di un nanometro nello spessore dell'ossido cambiava sensibilmente il tempo di coerenza.
L'angolo delle pareti influisce su quanto profondamente il campo elettrico penetra negli ossidi «sporchi». Un angolo più acuto — circa 10–15 gradi — riduce le perdite e migliora le prestazioni del 20–30 per cento rispetto a una smussatura più dolce.
Anche la profondità delle scanalature è importante: al di sotto di circa 20 nanometri piccole deviazioni incidono molto sul risultato, mentre a profondità maggiori l'effetto si satura. Questi parametri dipendono direttamente dalle fasi di fabbricazione.
È notevole che i difetti visibili a occhio nudo — graffi o particelle — non abbiano mostrato alcun legame con la dispersione delle prestazioni. A decidere sono proprio le peculiarità su scala nanometrica della chimica di superficie e della geometria.
I risultati offrono ai produttori punti di riferimento chiari: controllare lo spessore dell'ossido, l'angolo di incisione e la profondità delle scanalature. È un passo verso processori quantistici riproducibili e affidabili.
Il lavoro è pubblicato su Applied Physics Reviews e apre la strada a un miglioramento mirato dei materiali per i futuri computer quantistici.
