Un gruppo di fisici del Center for Ultracold Atoms di Harvard e del MIT e di altre università hanno sviluppato un tipo speciale di computer quantistico noto come simulatore quantistico programmabile, in grado di funzionare con 256 bit quantistici o "qubit".
Il sistema segna un passo importante verso la creazione di macchine quantistiche su larga scala che possono essere utilizzate per far luce su molti processi quantistici complessi e, in definitiva, contribuire a realizzare veri progressi nella scienza dei materiali, nella tecnologia della comunicazione, nella medicina e in molti altri campi.
I qubit sono gli elementi costitutivi fondamentali che gestiscono i computer quantistici e sono la fonte della loro enorme potenza di calcolo.
"Questo ci porta in una nuova area dove nessuno è mai stato prima", ha detto Mikhail Lukin, uno dei principali autori dello studio. "Stiamo entrando in una parte completamente nuova del mondo quantistico".
È la combinazione delle dimensioni e della programmabilità senza precedenti del sistema che lo pone in prima linea nella corsa per un computer quantistico che sfrutti le misteriose proprietà della materia su scala estremamente ridotta per aumentare drasticamente la potenza di calcolo, affermano gli scienziati.
Nelle giuste circostanze, aumentare il numero di qubit significa che il sistema può memorizzare ed elaborare esponenzialmente più informazioni rispetto ai bit classici su cui girano i computer standard.
"Il numero di stati quantistici possibili con 256 qubit supera il numero di atomi nel sistema solare", affermano i ricercatori, spiegando le immense capacità del sistema.
Il simulatore ha già permesso ai ricercatori di osservare diversi stati quantistici esotici della materia che non sono mai stati realizzati sperimentalmente prima e di studiare le transizioni di fase quantistiche con una precisione tale da fungere da esempio da manuale di come funziona il magnetismo a livello quantistico.
Il progetto utilizza una versione significativamente aggiornata della piattaforma sviluppata dai ricercatori nel 2017, che può raggiungere i 51 qubit. Questo vecchio sistema ha permesso ai ricercatori di catturare atomi di rubidio ultrafreddi e di disporli in un ordine specifico utilizzando una serie unidimensionale di raggi laser focalizzati individualmente chiamati pinzette ottiche.
Il nuovo sistema consente di raccogliere gli atomi in matrici bidimensionali di pinzette ottiche. Ciò aumenta la dimensione del sistema realizzabile da 51 a 256 qubit. Utilizzando le pinzette, i ricercatori possono disporre gli atomi in schemi privi di difetti e creare forme programmabili come reticoli quadrati, a nido d'ape o triangolari per creare diverse interazioni tra i qubit.
"Il nostro lavoro fa parte di una corsa globale davvero intensa e visibile per costruire computer quantistici più grandi e migliori", ha affermato Tut Wang, uno degli autori del lavoro.
"I principali istituti di ricerca accademici e grandi investitori privati di Google, IBM, Amazon e molti altri sono coinvolti in questo sforzo comune (oltre al nostro)."
I ricercatori stanno attualmente lavorando per migliorare il sistema migliorando il controllo laser dei qubit e rendendo il sistema più programmabile. Stanno anche esplorando attivamente come il sistema può essere utilizzato per nuove applicazioni, dall'esplorazione di forme esotiche di materia quantistica alla risoluzione di complessi problemi del mondo reale che possono essere codificati naturalmente sui qubit.
"Questo lavoro apre un numero enorme di nuove direzioni scientifiche", affermano gli scienziati. "Siamo lontani dai limiti della comprensione di cosa si può fare con questi sistemi".
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
2021-07-11 06:41:56
Autore: Vitalii Babkin