Nuovi dialoghi tra qubit per il computer del futuro
Un nuovo studio riporta come i bit quantistici possano trasmettere informazione anche in modi diversi da quelli conosciuti finora e su distanze relativamente lunghe sfruttando un particolare fenomeno. Sarà la base per costruire il primo computer quantistico?
Il futuro dei computer quantistici si fa più vicino. Un importante passo in questa direzione è costituito dai risultati ottenuti dai ricercatori della Purdue University e Rochester University, pubblicati pochi giorni fa su Nature. Nello studio firmato da John Nichol, Yadav P. Kandel e Haifeng Qiao viene infatti riportato un nuovo metodo per consentire il trasferimento di informazioni da un qubit ad un altro sfruttando il diverso stato in cui si trovano due elettroni adiacenti, lunga la catena dell’informazione. Un computer quantistico lavora secondo le regole della fisica quantistica che sono molto diverse da quelle della fisica classica. Queste regole hanno effetti rilevabili solo su piccola scala ma possono tradursi in una potenza di calcolo finora mai raggiunta da un calcolatore.
Un enorme potenziale
Un computer di questo tipo ha il potenziale di rivoluzionare la ricerca in campo medico-scientifico e tecnologico. “Se provo a calcolare cosa succede a tutti gli atomi del nostro corpo mi rendo conto che non posso farlo con un computer tradizionale. Un computer quantistico, invece, può farlo facilmente” afferma Nichol.
La capacità di calcolo dei computer quantistici permette inoltre di rompere la protezione di dati sensibili basata sulla crittografia, aspetto che ha ovviamente suscitato l’interesse di molti governi. Ciò che avviene in un computer quantistico è un trasferimento di informazione da un qubit, l’analogo di un transistor in un computer tradizionale, ad un altro qubit. Normalmente un transistor comunica informazioni con il suo vicino cambiando il proprio stato, rappresentato nel linguaggio binario solo da due numeri, 0 e 1. A differenza dei transistor tradizionali, però, i bit quantistici possono essere in entrambi gli stati contemporaneamente. Questa peculiarità si traduce in quel grande potenziale di calcolo accennato poco sopra.
Come per tutti i calcolatori e gli smartphone una delle regole basilari per il funzionamento di un computer quantistico è la capacità di correggere i propri errori di calcolo. Nella fisica dei quanti, però, questo procedimento è reso più complesso da difficoltà tecniche. Infatti, normalmente i bit hanno dei sostituti e se in uno si verifica un errore gli altri prenderanno la scelta basandosi sul responso espresso dalla maggioranza dei bit. Vista però la difficoltà nel costruire bit quantistici funzionanti, realizzare molteplici copie dello stesso non è un metodo conveniente né semplice, nonostante i recenti avanzamenti.
Un nuovo modo di comunicare
Per ovviare a questo problema Nichol e il suo team hanno cercato di sfruttare una caratteristica molto peculiare dello stato dell’elettrone che costituisce il qubit. Hanno infatti osservato che due elettroni adiacenti e con stati opposti, dopo un certo intervallo di tempo, si scambiano rispettivamente gli stati in loop. In questo modo è permessa una condizione su distanze molto più lunghe. Per innescare questo fenomeno i ricercatori hanno portato a temperature estremamente basse un semiconduttore. Utilizzando poi un punto quantico hanno catturato quattro elettroni in fila, avvicinandoli in modo da far attivare lo scambio di stati e, quindi, di informazione. Come dichiarato da Nichols:
“C’è un modo semplice per scambiare lo stato di due elettroni adiacenti ma farlo su lunghe distanze, nel nostro caso quattro elettroni, richiede molto controllo e abilità tecnica”.
Secondo Michael Manfra, professore di fisica e astrofisica alla Purdue University: “è un importante passo per mostrare come l’informazione può essere trasmessa secondo la meccanica quantistica, in modi molto diversi rispetto a quelli che la nostra intuizione potrebbe portarci a pensare”.
Anche considerando questo recente progresso non è chiaro però se in futuro potremmo tutti permetterci di possedere un computer quantistico. Come dice Nichols: “se lo avessi chiesto ad IBM negli anni ’60 probabilmente avrebbero risposto di no, non è possibile che questo possa accadere. Questa è la mia reazione ora, ma in futuro chissà”.
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