I computer quantistici sono spesso pubblicizzati come la prossima rivoluzione tecnologica perché saranno in grado di risolvere problemi complessi molto più velocemente dei computer tradizionali. Resta però una sfida importante: queste macchine, sensibili ai disturbi esterni, come variazioni di temperatura o interferenze elettromagnetiche, soffrono di quella che viene chiamata “decoerenza”. Ciò impedisce loro di funzionare in modo affidabile. Tuttavia, un team di ricercatori dell’Università della California, Riverside, ha recentemente fatto una scoperta che potrebbe aprire la strada a computer quantistici più robusti e affidabili: un nuovo materiale superconduttore in grado di ridurre significativamente questo fenomeno. Questo materiale potrebbe rappresentare un passo fondamentale nello sviluppo di sistemi quantistici più potenti.
Cos’è un superconduttore e perché è essenziale per i computer quantistici?
E superconduttore è un materiale che cessa di mostrare qualsiasi resistenza elettrica quando viene raffreddato al di sotto di una certa temperatura. Ciò significa che gli elettroni possono fluire attraverso il materiale senza alcuna opposizione, un fenomeno che consente un trasferimento di energia o informazioni quasi senza perdite. Questo comportamento è fondamentale in molte applicazioni, soprattutto per i sistemi che richiedono una conduttività perfetta, come magneti ad alta potenza o linee di trasmissione di potenza senza perdite.
Nel contesto dei computer quantistici, le informazioni vengono elaborate da unità chiamate “qubit”. A differenza dei bit classici che possono trovarsi solo nello stato 0 o 1, i qubit possono esistere in più stati contemporaneamente grazie ai principi di sovrapposizione e ilinterlacciamento quantistico. La sovrapposizione consente a un qubit di essere sia 0 che 1 finché non viene misurato, mentre l'interlacciamento consente a qubit separati di rimanere connessi e influenzarsi istantaneamente a vicenda, anche a distanza.
I superconduttori vengono utilizzati per manipolare questi qubit perché la loro capacità di trasportare informazioni senza resistenza è essenziale per creare stati quantistici stabili. Tuttavia, uno degli ostacoli principali è che i qubit sono molto sensibili alle interferenze esterne, come le variazioni di temperatura o i campi elettromagnetici. È qui che può entrare in gioco un materiale superconduttore migliorato. Infatti, riducendo il decoerenzacioè la perdita di informazioni quantistiche, un superconduttore migliore potrebbe rendere i calcoli più affidabili e meno soggetti a errori causati dall'ambiente.
Una scoperta innovativa: il superconduttore con interfaccia bidimensionale
I ricercatori dell'Università della California, Riverside, hanno sviluppato un materiale superconduttore innovativo combinando un materiale non magnetico chiamato pianeta trigonale con una pellicola dorata ultrasottile. Il tellurio trigonale è un materiale chiraleil che significa che le sue molecole mancano di simmetria speculare, una proprietà cruciale nella fisica quantistica. In altre parole, l’orientamento delle sue molecole influenza direttamente le sue proprietà quantistiche, che possono essere sfruttate in sistemi quantistici complessi come i computer.
Combinando questo tellurio trigonale con l'oro, i ricercatori hanno creato un'interfaccia bidimensionale estremamente pulita tra i due materiali. Questa interfaccia è particolarmente importante perché permette di mantenere una polarizzazione molto ben definita. La polarizzazione è un parametro essenziale nella fisica quantistica, in particolare per la manipolazione dei qubit. Grazie a questa proprietà, il materiale potrebbe essere potenzialmente utilizzato per controllare i qubit con maggiore precisione, rendendo i calcoli quantistici più stabili.
Un'altra caratteristica notevole del materiale è la sua capacità di diventare più robusto quando sottoposto a un campo magnetico, suggerendo che potrebbe trasformarsi in un tripletta di superconduttori. Questo tipo di superconduttore è più resistente ai campi magnetici rispetto ai superconduttori classici che possono perdere le loro proprietà quantistiche se esposti a campi troppo forti. Offrendo una migliore resistenza ai disturbi esterni, questo materiale potrebbe migliorare la stabilità e l’affidabilità dei sistemi quantistici, essenziale per lo sviluppo di computer quantistici efficienti.
Prossimi passi e sfide future
Sebbene questa scoperta sia promettente, rimangono ancora diverse sfide prima che questo materiale possa essere integrato in sistemi quantistici su larga scala. Uno dei problemi principali è il temperatura al quale questo materiale lavora efficacemente, che spesso è vicino allo zero assoluto (0 K, o -273,15°C). Sebbene il materiale mostri un’elevata stabilità, non è chiaro se possa essere utilizzato a temperature più elevate, il che aprirebbe la strada a computer quantistici più facili da produrre e utilizzare.
I ricercatori dovranno inoltre continuare a testare il robustezza del materiale in varie condizioni e capire come realizzarlo su scala più ampia. Tuttavia, i risultati ottenuti finora sono incoraggianti e suggeriscono un futuro in cui questo tipo di superconduttore potrebbe svolgere un ruolo chiave nell’evoluzione dei computer quantistici.
