Phillip Hopkins
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Gli scienziati hanno creato la più grande e complessa rete di computer quantistici finora, ottenendo 20 diversi bit quantistici entangled, o qubit, per parlare tra loro.
Il team è stato quindi in grado di leggere le informazioni contenute in tutti quei cosiddetti qubit, creando un prototipo di "memoria a breve termine" quantistica per il computer. Mentre gli sforzi del passato hanno impigliato gruppi più grandi di particelle in laser ultrafreddi, questa è la prima volta che i ricercatori sono stati in grado di confermare che si trovano effettivamente in una rete.
Il loro studio, pubblicato il 10 aprile sulla rivista Physics Review X, spinge i computer quantistici a un nuovo livello, avvicinandosi progressivamente al cosiddetto "vantaggio quantistico", dove i qubit superano i bit classici dei computer basati su chip di silicio, hanno detto i ricercatori.
Dai bit ai qubit
L'elaborazione tradizionale si basa su un linguaggio binario di 0 e 1: un alfabeto con solo due lettere o una serie di globi capovolti al polo nord o sud. I computer moderni utilizzano questo linguaggio inviando o interrompendo il flusso di elettricità attraverso circuiti di metallo e silicio, cambiando la polarità magnetica o utilizzando altri meccanismi che hanno un doppio stato "acceso o spento".
Tuttavia, i computer quantistici usano una lingua diversa, con un numero infinito di "lettere".
Se i linguaggi binari utilizzano i poli nord e sud dei globi, il calcolo quantistico utilizzerebbe tutti i punti intermedi. L'obiettivo del calcolo quantistico è anche quello di utilizzare tutta l'area tra i poli.
Ma dove potrebbe essere scritta una lingua del genere? Non è che puoi trovare materia quantistica nel negozio di ferramenta. Quindi, il team ha intrappolato gli ioni di calcio con raggi laser. Facendo pulsare questi ioni con energia, possono spostare gli elettroni da uno strato all'altro.
Nella fisica delle scuole superiori, gli elettroni rimbalzano tra due strati, come un'auto che cambia corsia. Ma in realtà, gli elettroni non esistono in un posto o in uno strato: esistono in molti allo stesso tempo, un fenomeno noto come sovrapposizione quantistica. Questo strano comportamento quantistico offre la possibilità di ideare un nuovo linguaggio per computer, uno che utilizza infinite possibilità. Mentre l'informatica classica utilizza i bit, questi ioni di calcio in sovrapposizione diventano bit quantistici o qubit. Mentre il lavoro passato aveva creato tali qubit prima, il trucco per creare un computer è far dialogare questi qubit tra loro.
"Avere tutti questi singoli ioni da soli non è proprio la cosa che ti interessa", ha detto Nicolai Friis, primo autore dell'articolo e ricercatore senior presso l'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica di Vienna. "Se non parlano tra loro, tutto quello che puoi fare con loro è un calcolo classico molto costoso."
Parlando di bit
Per far "parlare" i qubit in questo caso si è fatto affidamento su un'altra bizzarra conseguenza della meccanica quantistica, chiamata entanglement. L'entanglement è quando due (o più) particelle sembrano funzionare in modo coordinato e dipendente, anche se separate da grandi distanze. La maggior parte degli esperti pensa che le particelle entanglement saranno fondamentali poiché il calcolo quantistico catapulta dall'esperimento di laboratorio alla rivoluzione informatica.
"Vent'anni fa, l'entanglement di due particelle era un grosso problema", ha detto il coautore dello studio Rainer Blatt, professore di fisica presso l'Università di Innsbruck in Austria. "Ma quando vuoi davvero costruire un computer quantistico, devi lavorare non solo con cinque, otto, 10 o 15 qubit. Alla fine, dovremo lavorare con molti, molti più qubit".
Il team è riuscito a intrappolare 20 particelle insieme in una rete controllata, ancora priva di un vero computer quantistico ma la più grande rete di questo tipo fino ad oggi. E mentre devono ancora confermare che tutti e 20 sono completamente intrecciati l'uno con l'altro, è un passo solido verso i supercomputer del futuro. Ad oggi, i qubit non hanno superato i classici bit di computer, ma Blatt ha detto che quel momento - spesso chiamato vantaggio quantistico - sta arrivando.
"Un computer quantistico non sostituirà mai i computer classici; si aggiungerà a loro", ha detto Blatt. "Queste cose si possono fare."
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