Computer quantistici: da un banale errore sta per nascere la rivoluzione del secolo!

La natura fragile degli stati quantistici li rende vulnerabili alla distruzione. Tuttavia, i cristalli difettosi potrebbero contenere la chiave per la soluzione ideale alla ricerca nel campo dei computer quantistici e dei Qubits.

Con una vasta gamma di sensori, reti di comunicazione e processori straordinariamente potenti, tutti incredibilmente vicini all’attualizzazione, la rivoluzione dell’informatica quantistica è quasi arrivata.

Esistono già prototipi di computer quantistici operativi in ​​​​tutto il mondo, come la macchina Sycamore di Google. I bit quantistici, o “qubit”, sono gli elementi costitutivi fondamentali del calcolo quantistico, proprio come i bit sono gli elementi costitutivi di base dell’informatica normale.

Ora, gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia hanno trovato una nuova tecnica per produrre minuscoli punti che emettono luce noti come centri di colore; si verificano nei difetti del cristallo dando una svolta a una sostanza nota. Questi centri di colore programmabili potrebbero quindi essere utilizzati come un nuovo metodo per produrre qubit.

L’uso dei qubit nel mondo quantistico

La capacità di calcolo aggiuntiva dei computer quantistici deriva dal fatto che i qubit funzionano sfruttando i fenomeni sorprendenti, e talvolta decisamente inquietanti, del regno quantico.

Il fenomeno quantistico della sovrapposizione, che si verifica quando diversi stati di un sistema si sovrappongono, consente ai qubit di assumere contemporaneamente molti valori contrastanti. Mentre i bit possono avere solo due valori: 0 o 1 o, grosso modo, “acceso” o “spento”. ”

Quando un risultato, un singolo qubit potrebbe trovarsi sia in uno stato “on” che in uno “off”, solo uno stato “on” o solo uno stato “off”; il numero di stati potenziali aumenta man mano che più qubit vengono combinati per formare una rete quantistica. Ciò implica che un gran numero di qubit può esistere in un gran numero di stati.

Impianto informatico Leibniz con sede a Garching

Il 14 luglio 2022, presso il Leibniz Computing Center in Germania, è stato trovato un criostato proveniente da un computer quantistico. Le informazioni non sono memorizzate sotto forma di bit, che hanno solo due stati concepibili: uno o zero, in un computer quantistico. Invece, un qubit in un computer quantistico può essere entrambi, cioè uno e zero, contemporaneamente.

L’altro fenomeno quantistico significativo che consente ai qubit in un computer quantistico di comunicare tra loro è l’entanglement. Questa è l’idea che le particelle possano essere connesse in modo tale che le loro descrizioni individuali siano impossibili. Non importa quanto siano distanti le due particelle o dove si trovino nell’universo, cambiare una particella effettuando una misurazione altera istantaneamente la sua compagna entangled. Albert Einstein era così preoccupato per questo che chiamò l’entanglement “attività spettrale a distanza”.

A causa del modo in cui vengono utilizzate queste parti quantistiche, l’aggiunta di qubit a un computer quantistico fa aumentare la sua capacità computazionale in modo esponenziale anziché lineare. Un po’ come accade con i computer ordinari. Secondo la matematica, questo indica che n qubit in un computer quantistico possono esistere in una sovrapposizione di n stati.

Un problema di rumore

I sistemi quantistici in laboratorio sperimentano la distruzione degli stati entangled e la sovrapposizione durante la misurazione. Il problema è che questa cosiddetta misurazione è in realtà semplicemente un tipo di interferenza e un sistema quantistico può subire interferenze da una varietà di fonti.

Un campo magnetico, un’interazione tra particelle o anche un piccolo cambiamento di temperatura potrebbero provocare il collasso di una sovrapposizione o la perdita dell’entanglement.

Perché non c’è modo di garantire che questa storia sia vera

Ciò implica che per proteggerli da qualsiasi “rumore” ambientale, i computer quantistici devono funzionare in ambienti altamente controllati, come temperature molto, molto basse. Anche così, i computer quantistici non sono ancora in grado di produrre in modo affidabile lunghe catene di calcoli a causa della fragilità di questi stati.

Per questo motivo, gruppi come quello situato al Berkeley Lab stanno lavorando a nuove tecniche di fabbricazione di qubit nella speranza di creare un sistema più resistente al “rumore”.

I sensori di tonalità e i dispositivi che regolano la luce possono essere combinati per collegare parti in un processore quantistico perché sono piccoli difetti in materiali cristallini come il diamante che producono luce di un certo colore quando vengono colpiti da un laser o da una fonte di energia alternativa come un raggio di elettroni.