I computer quantistici sono stati a lungo un sogno lontano per i ricercatori informatici, ma oggi stanno gradualmente diventando realtà. Questi computer promettono di risolvere problemi complessi che richiederebbero migliaia di anni per essere risolti dai computer tradizionali. Affinché possano raggiungere il loro pieno potenziale, però, è necessario manipolare con estrema precisione piccole unità di informazione chiamate qubit. Tuttavia, un team di ricercatori ha recentemente compiuto un passo avanti spettacolare riuscendo a controllare quattro qubit simultaneamente con una precisione senza precedenti.
Cos’è un qubit e perché è così importante?
Nei computer tradizionali le informazioni vengono memorizzate ed elaborate sotto forma di bit che possono essere 0 o 1. Questi computer funzionano quindi su base binaria. I computer quantistici utilizzano i qubit. Un qubit, a causa delle leggi della fisica quantistica, può esistere in uno stato di sovrapposizionecioè può essere 0 e 1 contemporaneamente. Questa capacità di trovarsi in più stati contemporaneamente consente ai computer quantistici per eseguire i calcoli molto più rapidamente rispetto alle loro controparti tradizionali, in particolare per compiti complessi come la modellazione di molecole o la risoluzione di determinati tipi di problemi di ottimizzazione.
Tuttavia, controllare questi qubit non è un compito semplice. Sono davvero estremamente sensibile ai disturbi esterniil che li rende difficili da gestire e mantenere in uno stato stabile. Ciò ha posto una delle sfide principali per i ricercatori dell’informatica quantistica: ottenere un controllo preciso di più qubit contemporaneamente.
Un importante passo avanti nel controllo dei qubit
È in questo contesto che il team della Delft University of Technology (TU Delft), nei Paesi Bassi, ha recentemente realizzato un’impresa impressionante. I ricercatori sono riusciti a farlo controllare un sistema a quattro qubit utilizzando punti quantici. I punti quantici sono minuscoli dispositivi a semiconduttore in cui sono confinati i qubit. Grazie ai progressi nelle tecniche di misurazione e controllo, il team ha dimostrato che ora è possibile manipolare questi qubit in modo molto preciso, il che rappresenta un importante progresso nel campo.
Lieven Vandersypen, l’autore principale dello studio, spiega che durante questa nuova ricerca, il team ha cercato innanzitutto di regolare le interazioni tra i qubit, in particolare gli scambi di spin (i movimenti interni delle particelle subatomiche) in una rete di punti quantici. Per fare ciò, hanno utilizzato impulsi di tensione per controllare le interazioni tra gli spin di ciascun qubit. Questo metodo ha consentito al team non solo di controllare i qubit individualmente, ma anche di eseguire operazioni su più qubit contemporaneamente, creando porte quantistiche che scambiano informazioni tra due qubit alla volta.
Perché questa scoperta è così importante?
Prima di questa scoperta, i ricercatori erano riusciti a controllare i sistemi quantistici composti da solo due qubit. Il team della TU Delft è il primo ad aver dimostrato che è possibile controllare con precisione un sistema di quattro qubit sufficiente per eseguire operazioni quantistiche affidabili. Questo progresso è significativo, perché quanto più aumenta il numero di qubit, tanto più complesso diventa il sistema. Il controllo di più qubit è essenziale affinché i computer quantistici possano eseguire calcoli davvero potenti.
Ogni qubit in questo sistema è costituito da due spin e la loro manipolazione avviene tramite precisi impulsi di tensione. Questo controllo su ciascun qubit apre la strada a nuove possibilità per la scala dei computer quantistici, consentendo calcoli più ampi e più veloci. Questo nuovo metodo è promettente perché consente non solo di controllare qubit isolati, ma anche di realizzare interazioni complesse tra qubit in una rete.
L’impatto futuro di questo progresso
La capacità di controllare più qubit contemporaneamente non è semplicemente un’impresa tecnologica; ne ha molti potenziali applicazioni in diversi ambiti. Ad esempio, i ricercatori in chimica e biologia potrebbero utilizzare i computer quantistici per simulare molecole complesse, il che potrebbe rivoluzionare lo sviluppo di nuovi farmaci e materiali. Nel campo dell’intelligenza artificiale si potrebbero sviluppare algoritmi quantistici più potenti per elaborare i dati in modo molto più rapido ed efficiente rispetto a oggi.
Inoltre, questo progresso potrebbe rendere possibile la simulazione di fenomeni fisici complessi come il magnetismo o la fisica dei materiali su scala atomica. Modellando questi fenomeni con maggiore precisione, i ricercatori potrebbero comprendere meglio i fenomeni naturali fondamentali, o addirittura sviluppare nuove tecnologie in settori come le batterie di nuova generazione o l’ottimizzazione delle reti energetiche.
Una strada ancora disseminata di insidie
Sebbene questa scoperta rappresenti un passo importante, c’è ancora molto da fare prima che l’informatica quantistica diventi una realtà pienamente funzionale e accessibile. Ad esempio, sarà necessario migliorare la fedeltà delle operazioni a due qubit (quelle che scambiano informazioni tra due diversi qubit) e sviluppare tecniche per gestire l’errore quantistico. Uno dei prossimi passi cruciali sarebbe quello di dimostrare che queste porte quantistiche a due qubit possono anche essere realizzate con una fedeltà superiore al 99%, il che garantirebbe calcoli più affidabili e più duraturi.
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