Un significativo progresso nella realizzazione di computer quantistici più grandi ed efficienti è stato recentemente raggiunto dai fisici del California Institute of Technology (Caltech). Questi ricercatori hanno realizzato il più grande sistema di unità di informazione, conosciuto come qubit, mai costruito fino ad oggi. Questo nuovo sistema è composto da ben 6.100 atomi intrappolati in una griglia, superando notevolmente i precedenti sistemi che arrivavano a poche centinaia di qubit. Il risultato di questa straordinaria ricerca è stato pubblicato sulla rinomata rivista scientifica Nature.
La necessità di un maggiore numero di qubit
I computer quantistici rappresentano una delle frontiere più promettenti della tecnologia informatica moderna. In futuro, questi computer avranno bisogno di un numero significativamente maggiore di qubit per affrontare problemi complessi in vari campi, tra cui:
- Fisica
- Chimica
- Biologia
- Studio della materia
A differenza dei bit classici, che possono esistere solo in due stati (0 o 1), i qubit possono trovarsi in una sovrapposizione di stati, rappresentando simultaneamente più informazioni. Questa caratteristica conferisce ai computer quantistici un potenziale ineguagliabile per eseguire calcoli complessi, con applicazioni che potrebbero trasformare il modo in cui affrontiamo i problemi scientifici e tecnologici.
Tuttavia, questa peculiarità comporta anche delle sfide significative. I qubit, infatti, sono notoriamente fragili e suscettibili agli errori. Per mitigare questo problema, i ricercatori stanno cercando di costruire computer quantistici con un numero elevato di qubit ridondanti, in grado di correggere eventuali errori che potrebbero sorgere durante il processo di calcolo.
La tecnica delle pinzette ottiche
Per realizzare il loro ambizioso progetto, i ricercatori del Caltech hanno impiegato una tecnologia innovativa basata sulle pinzette ottiche. Queste pinzette sono create utilizzando raggi laser altamente focalizzati, capaci di intrappolare migliaia di singoli atomi di cesio in una griglia. Per costruire questa matrice di atomi, il team ha suddiviso un raggio laser in ben 12.000 pinzette, risultando in un sistema che ha contenuto 6.100 atomi all’interno di una camera a vuoto.
Questa metodologia non solo ha permesso di intrappolare un numero senza precedenti di atomi, ma ha anche consentito di mantenere la coerenza quantistica per un periodo notevolmente lungo. Infatti, i ricercatori sono stati in grado di mantenere i qubit in stato di sovrapposizione per circa 13 secondi, un tempo quasi dieci volte superiore a quello ottenuto nei sistemi precedenti. La manipolazione dei singoli qubit è stata eseguita con una precisione impressionante del 99,98%.
Qualità e quantità dei qubit
Gyohei Nomura, fisico del team di ricerca, ha ribadito l’importanza di bilanciare quantità e qualità nei qubit, affermando: “Si pensa spesso che una scala più ampia, con più atomi, vada a scapito della precisione, ma i nostri risultati dimostrano che possiamo fare entrambe le cose. I qubit non sono utili senza qualità. Ora abbiamo quantità e qualità”. Questa affermazione sottolinea come la crescita della dimensione del sistema non debba necessariamente compromettere la precisione e l’affidabilità.
Inoltre, il team ha dimostrato la capacità di spostare gli atomi di centinaia di micrometri, mantenendo comunque la sovrapposizione quantistica. Questa abilità di spostare i qubit rappresenta una caratteristica fondamentale dei computer quantistici ad atomi neutrali, in quanto consente una correzione degli errori più efficiente. In un computer quantistico, la capacità di manipolare e spostare i qubit senza perdere la coerenza è cruciale per permettere operazioni più complesse.
Implicazioni future
Il lavoro svolto dal team del Caltech potrebbe avere ripercussioni significative sul futuro della tecnologia quantistica. Con un numero sempre maggiore di qubit e una maggiore stabilità, i computer quantistici potrebbero diventare strumenti indispensabili per la risoluzione di problemi che attualmente sono al di là delle capacità dei computer classici.
Le potenziali applicazioni spaziano dall’ottimizzazione dei processi industriali alla simulazione di sistemi molecolari complessi, fino all’avanzamento della crittografia quantistica, che potrebbe garantire comunicazioni più sicure. Inoltre, la capacità di gestire errori in modo più efficace potrebbe portare a una maggiore fiducia nell’uso pratico dei computer quantistici in scenari reali.
In sintesi, il traguardo raggiunto dai fisici del Caltech rappresenta un passo avanti fondamentale nella ricerca e nello sviluppo dei computer quantistici. Con un numero crescente di atomi intrappolati e la capacità di mantenere la coerenza quantistica, i ricercatori stanno aprendo la strada a un futuro in cui i computer quantistici potrebbero rivoluzionare il nostro modo di comprendere e interagire con il mondo che ci circonda.