Come gestire milioni di Qubit in un computer quantistico? Forse un cristallo può aiutarci

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Una nuova ricerca pubblicata su Science Advances, affronta e offre una possibile soluzione a un problema che attanaglia l’informatica quantistica: come si gestisce il controllo di milioni di Qubit? Ebbene la risposta potrebbe risiedere in un piccolo cristallo trasparente.

Per comprendere questa affermazione è bene sottolineare che negli ultimi anni sono stati effettuati enormi investimenti per rendere la tecnologia dei computer quantistici più efficiente dal punto di vista dell'usabilità e della potenza computazionale. In tal senso una possibile e affermata soluzione sarebbe quella di realizzare computer quantistici utilizzando lo stesso materiale dei processori tradizionali: il silicio.

L’uso della tecnologia al silicio potrebbe sfruttare le capacità di integrazione su larga scala di un settore già consolidato, portando il numero di Qubit dalle poche centinaia attuali a diverse milioni. Tuttavia nei processori quantistici basati sul silicio, le informazioni sono memorizzate in singoli elettroni, contenuti in piccoli elettrodi sulla superficie del chip. Nello specifico il singolo Qubit è codificato dallo spin dell'elettrone, che per raggiungere lo stato di sovrapposizione (sia 0 che 1) necessita di un determinato segnale di controllo, sotto forma di un campo a microonde.

Fondamentalmente le microonde interagiscono con l'elettrone e ne fanno modificare lo spin, attualmente ogni Qubit richiede il proprio campo di controllo a microonde, fornito al chip quantistico tramite un cavo che raggiunge la temperatura dello zero assoluto, circa -273 gradi. Proprio questa limitazione termica rappresenta un problema importante a un ipotetico aumento del numero di Qubit; la soluzione sarebbe da ricercare nel: controllo globale, un’idea nata alla fine degli anni '90 che sostiene di trasmettere un singolo campo di controllo a microonde attraverso l'intero processore quantistico, sfruttando impulsi di tensione applicati agli elettrodi dei qubit per far interagire i singoli Qubit con il campo globale (e produrre stati di sovrapposizione).

Proprio la ricerca appena pubblicata avrebbe reso concreta questa soluzione del “controllo globale”, attraverso l’uso di un componente noto come risonatore dielettrico (dielectric resonator) costituito da un piccolo cristallo trasparente con la facoltà di “catturare” le microonde per un periodo di tempo sufficiente a interagire con gli spin dei Qubit.

I ricercatori hanno inoltre affermato che lo sviluppo di computer quantistici su larga scala, con un numero sufficiente di Qubit potrebbe corrispondere a grandi sviluppi nella ricerca di vaccini e farmaci, intelligenza artificiale, trasporti e scienze del clima.

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