Computer Quantistici: Una proprietà dei metamateriali permette di creare circuiti quantici

Computer Quantistici: Una proprietà dei metamateriali permette di creare circuiti quantici
di

I computer convenzionali memorizzano le informazioni in un bit, un'unità fondamentale logica che può assumere valore 0 o 1. I computer quantistici si basano invece su bit quantici, "qubit". La differenza è che mentre nei computer tradizionali i bit codificano un solo valore per volta, 1 oppure 0, un qubit assume simultaneamente sia valore 0 che 1.

Questa proprietà peculiare è una conseguenza delle leggi fondamentali della fisica quantistica, purtroppo molto densa e ricca di dettagli per essere affrontata brevemente.

La branca del "quantum computing" è in rapida crescita, sopratutto negli ultimi anni, e si propone di risolvere problemi computazionali troppo complessi per le unità logiche attuali. Uno delle sfide relative al calcolo quantistico risiede nel riuscire a far lavorare un gran numero di qubit contemporaneamente: E' una questione abbastanza spinosa, ed una delle difficoltà nel perseguire questo obiettivo è che ad un certo punto risulta complicato isolare la tecnologia dei qubit dall'ambiente esterno, il quale è fonte di interferenza ed è capace di privarli delle loro proprietà quantiche.

In una nuova ricerca dal laboratorio di Oskar Painter, John G Braun, professore di fisica applicata e fisica nella divisione di ingegneria e scienze applicate, esplora l'uso di metamateriali superconduttori per superare questa sfida. Il documento si intitola "Metamateriali superconduttori per l'elettrodinamica quantistica della guida d'onda".

I metamateriali sono appositamente progettati combinando materiali in una scala inferiore alla lunghezza d'onda della luce, dando loro la possibilità di manipolare il comportamento delle particelle di luce, i fotoni. I metamateriali possono essere utilizzati per riflettere, ruotare o reindirizzare fasci di luce in quasi tutti i modi desiderati.
Un metamateriale può anche creare una banda di frequenza in cui la propagazione dei fotoni viene completamente annullata, un cosiddetto "bandgap fotonico": ed è proprio questa proprietà ad essere alla base dello studio.
Il team della Caltech ha utilizzato un bandgap fotonico per intrappolare i fotoni in un circuito quantico superconduttore, creando difatto una tecnologia molto promettente per la costruzione di futuri computer quantistici.

"In linea di principio, questo è un substrato scalabile e flessibile su cui costruire circuiti complessi per l'interconnessione di determinati tipi di qubit", afferma Painter, leader del gruppo che ha condotto la ricerca pubblicata su Nature Communications il 12 settembre. "Non solo si può giocare con la disposizione spaziale della connettività tra i qubit, ma si può anche progettare la connettività affinchè si verifichi solo a determinate frequenze desiderate".

Painter e il suo team hanno creato un circuito quantistico costituito da film sottili di un superconduttore, un materiale che trasmette corrente elettrica con una perdita di energia minima, rilevata su un microchip al silicio. Questi modelli superconduttori trasportano la corrente da una parte del microchip a un'altra. Tuttavia ciò che rende il sistema operativo un regime quantistico, è l'uso di una cosiddetta "giunzione Josephson", che consiste in uno strato non conduttivo sottile (in scala atomica addirittura) inserito tra due elettrodi superconduttori. La giunzione Josephson in sostanza genera una fonte di fotoni con due stati distinti ed isolati.

"I circuiti quantici superconduttori consentono di eseguire esperimenti di elettrodinamica quantistica fondamentale utilizzando un circuito elettrico che sembra essere stato strappato direttamente dal tuo telefono cellulare", afferma Painter. "Riteniamo che l'aumento di questi circuiti con metamateriali superconduttori possa favorire le future tecnologie di calcolo quantistico e promuovere lo studio di sistemi quantistici più complessi che vanno oltre la nostra capacità di modellizzazione anche utilizzando le più potenti simulazioni classiche computerizzate".

FONTE: phys
Quanto è interessante?
7

Gli ultimi Smartphone, TV 4K o gli accessori più GEEK li trovate in offerta su Amazon.it