QUBITS NEI CIRCUITI

Un altro passo verso i quantum computers.

Forse ai piani alti non lo sanno, ma senza innovazione non si va da nessuna parte. Senza un piano scientifico serio che attribuisca la giusta importanza tanto alle applicazioni tecnologiche quanto alla ricerca di base, non ci schioderemo mai dallo stallo economico e mentale che ci affligge. Già, perché “progresso scientifico” non significa saper utilizzare un touch-screen: è una questione di diffusione e approfondimento della conoscenza. Ma vallo a spiegare…
Vessata, snobbata, tagliata e denigrata: ecco lo status della ricerca nelle nostre polverose Università. Complimenti. Molto spesso, oltretutto, si rinfaccia a chi fa Scienza in questa melassa di essere eccessivamente “esterofilo”, di non amare il proprio Paese. Sarà che se uno guarda ai fatti, si accorge che fuori le cose girano in modo “sensibilmente” diverso. Con che faccia si muovono queste critiche? Meglio guardare ai fatti, appunto.

Un ottimo esempio di connubio tra ricerca “pura” e applicata arriva dagli Stati Uniti, nel campo dell’informatica quantistica: uno dei settori più importanti, cruciale addirittura, per il futuro prossimo economico e sociale. Il prototipo di computer quantistico sviluppato negli ultimi otto anni dagli scienziati dell’Università della California, presso Santa Barbara, ha superato importanti test computazionali. L’articolo pubblicato su Science nei primi giorni di Settembre descrive nei dettagli il promettente traguardo.

Un computer… “quantistico”? Già, ma di certo non vedremo mai il nostro laptop delocalizzarsi dalla scrivania, come farebbe un elettrone o una qualsiasi altra particella.
Piuttosto, si tratta di dispositivi fondati sui “qubits”, invece dei classici bits. Abbiamo già parlato di che diavoleria sia un qubit, pietra angolare dell’informatica quantistica, e di quali siano le enormi potenzialità della “nuova” informatica.
E’ vero: qualcuno sostiene di aver già assemblato un computer quantistico perfettamente funzionante (e l’ha anche già venduto), ma la perplessità è molta. Allo stato attuale dell’arte, infatti, ci sono ancora enormi difficoltà nella gestione di tre soli qubits e le strade percorse dagli scienziati per ottenere risultati tangibili sono molteplici. Non c’è una sola corrente di pensiero.

Bit e qubit a confronto. La sfera di Bloch degli stati del qubit è costituita da infiniti punti, ma l’informazione immagazzinata nel qubit è pari a quella del bit, a causa della "riduzione" dello spin all’atto della misurazione. (Cortesia: VMengine Business Blog)

Molti gruppi sfruttano i possibili stati di polarizzazione di fotoni, elettroni o ioni come qubit. All’Università della California, invece, dal 2003 si utilizzano micro-circuiti di alluminio e renio raffreddati a temperature vicino allo zero assoluto. In queste condizioni gli elettroni si accoppiano interagendo con il reticolo cristallino, creando le famigerate “coppie di Cooper” (sulle cui proprietà statistiche si fonda il fenomeno della superconduzione). I possibili stati “collettivi” della totalità delle coppie in ogni micro-circuito costituiscono il qubit del prototipo.
Collegati i circuiti in “rete”, il progetto ha compiuto il salto di qualità. L’evoluzione ha permesso di eseguire con buona efficienza algoritmi “vitali” per l’informatica quantistica, come la “trasformata di Fourier quantistica”.
Il metodo “a micro-circuiti” raggiunge così i colleghi-rivali in quanto a capacità. Ma c’è di più. Molti sostengono che le sue potenzialità siano decisamente maggiori rispetto alla concorrenza. Infatti ha caratteristiche strutturali decisamente invidiabili: le dimensioni del micrometro sono un grande vantaggio se paragonate alle complicate manipolazioni della polarizzazione per singoli fotoni, elettroni o ioni.

Micro-chip con micro-circuito, ma…enorme potenza di calcolo (Cortesia: Erik Lucero ).

Tuttavia, non è tutto oro quel che luccica. Un grosso limite, ad esempio, è la necessità di raffreddare gli apparati a temperature vicino allo zero assoluto: tutt’altro che semplice ed economico. La scoperta di materiali superconduttori a temperature meno estreme renderebbe la strada percorsa dagli scienziati americani più praticabile. In futuro, comunque le tecnologie sviluppate dai diversi gruppi di ricerca si sovrapporranno “coerentemente”, minimizzando i difetti e massimizzando i pregi di ciascun approccio. Proprio come insegna la meccanica quantistica.

Giusto per tornare alla nostra realtà: il primo firmatario dell’articolo si chiama Matteo Mariantoni.

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