Un salto di qualità per i computer quantistici

L’Università della California, Riverside, ha vinto un premio per la ricerca e la formazione collaborativa multicampus-National Lab dell’Università della California di 3,75 milioni di dollari che consentirà al campus di concentrarsi sull’abilitazione del calcolo quantistico scalabile.

Si prevede che i computer quantistici supereranno notevolmente le prestazioni dei computer convenzionali più potenti in determinati compiti, come la modellazione di processi chimici complessi, la ricerca di grandi numeri primi e la progettazione di nuove molecole che hanno applicazioni in medicina.

I computer quantistici memorizzano le informazioni quantistiche sotto forma di bit quantistici, o qubit, sistemi quantistici che possono esistere in due stati diversi.

Affinché i computer quantistici siano veramente potenti, tuttavia, devono essere “scalabili”, il che significa che devono essere in grado di aumentare la scala per includere molti più qubit, rendendo possibile la risoluzione di alcuni problemi complessi.

“L’obiettivo di questo progetto collaborativo è stabilire una nuova piattaforma per il calcolo quantistico che sia veramente scalabile fino a molti qubit“, ha affermato Boerge Hemmerling, assistente professore di fisica e astronomia presso l’UC Riverside e principale investigatore principale del triennio progetto.

“L’attuale tecnologia di calcolo quantistico è lontana dal controllare sperimentalmente il gran numero di qubit necessari per il calcolo a tolleranza di errore. Ciò è in grande contrasto con ciò che è stato ottenuto con i chip per computer convenzionali nell’informatica classica”.

Il team di ricerca di Hemmerling utilizzerà una tecnologia completamente nuova per il progetto, come la tecnologia di stampa 3D del Lawrence Livermore National Laboratory, o LLNL, per realizzare trappole ioniche a microstruttura.

Gli ioni, che sono particelle atomiche cariche, immagazzinano qubit. Le informazioni quantistiche vengono trasferite quando gli ioni si muovono in una trappola appositamente progettata. Si ritiene che gli ioni intrappolati abbiano il miglior potenziale per realizzare l’informatica quantistica.

Anche UC Berkeley, UCLA e UC Santa Barbara prenderanno parte con l’UCR in qualità di coordinatore del progetto.

UC Berkeley dimostrerà porte quantistiche ad alta fedeltà con le trappole ioniche; UCLA svilupperà e testerà l’integrazione della fibra ottica con le trappole; L’UC Santa Barbara testerà le trappole in ambienti criogenici e dimostrerà lo spolamento delle stringhe ioniche; e le strutture del Lawrence Berkeley National Laboratory saranno utilizzate per caratterizzare e sviluppare i materiali.

L’UCR dimostrerà schemi di raffreddamento semplificati ed esplorerà la possibilità di intrappolare gli elettroni con queste trappole.

“Abbiamo un’opportunità unica qui di unirci a vari gruppi all’interno del sistema UC e combinare le loro competenze per realizzare qualcosa di più grande di quanto un singolo gruppo potrebbe raggiungere“, ha affermato Hemmerling.

Il premio a UCR è un risultato del concorso 2020 University of California Laboratory Fees Research Program. Sei proposte, per un totale di oltre 21 milioni di dollari in tre anni, sono state assegnate in tre aree di ricerca mirate che sfruttano la sinergia tra laboratori nazionali UC: ricerca sugli acceleratori, scienza dell’informazione quantistica e ricerca relativa agli incendi.

“Prevediamo che le trappole ioniche stampate in 3D con microstruttura supereranno le trappole ioniche che sono state utilizzate fino ad oggi in termini di tempo di conservazione degli ioni e capacità di mantenere e manipolare le informazioni quantistiche”, ha affermato Hemmerling.

“Ancora più importante, le nostre strutture immaginate saranno scalabili in quanto prevediamo di costruire array di trappole interconnesse, simili al design di chip per computer convenzionale di grande successo. Speriamo di stabilire queste nuove trappole stampate in 3D come uno strumento di laboratorio standard per il calcolo quantistico con importanti miglioramenti rispetto alla tecnologia attualmente utilizzata”.

Hemmerling ha affermato che il progetto di ricerca dovrebbe avvicinare gli scienziati alla realizzazione di un computer quantistico scalabile.

“Molti approcci al calcolo quantistico, sebbene molto promettenti, non sono ancora riusciti a fornire una piattaforma scalabile che esegua calcoli utili“, ha affermato.

“Se vogliamo costruire computer quantistici che facciano qualcosa di utile, dobbiamo considerare nuove strade. Questa è una possibile nuova rotta“.