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I nuovi computer quantistici a ioni intrappolati

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I fisici dell’Università di Amsterdam hanno proposto una nuova architettura per i computer quantistici scalabili, sfruttando il movimento collettivo delle particelle costituenti, sono stati in grado di costruire nuovi elementi costitutivi per l’informatica quantistica che pongono meno difficoltà tecniche rispetto agli attuali metodi all’avanguardia. 

I nuovi computer quantistici utilizzano un cristallo di ioni intrappolati

I ricercatori lavorano presso QuSoft e l’Istituto di Fisica nei gruppi di Rene Gerritsma e Arghavan Safavi-Naini. Lo sforzo, guidato dal dottorando Matteo Mazzanti, unisce due ingredienti importanti. Uno è una cosiddetta piattaforma a ioni intrappolati, uno dei candidati più promettenti per l’informatica quantistica che fa uso di ioni, atomi che hanno un eccesso o una carenza di elettroni e di conseguenza sono caricati elettricamente. L’altro è l’uso di un metodo intelligente per controllare gli ioni forniti da pinzette ottiche e campi elettrici oscillanti.

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Due ioni intrappolati (in blu) vengono selezionati da pinzette ottiche (in rosso). Un gate quantistico tra gli ioni può essere implementato utilizzando campi elettrici.
Due ioni intrappolati (in blu) vengono selezionati da pinzette ottiche (in rosso). Un gate quantistico tra gli ioni può essere implementato utilizzando campi elettrici.

Come suggerisce il nome, i computer quantistici a ioni intrappolati utilizzano un cristallo di ioni intrappolati. Questi ioni possono muoversi individualmente, ma soprattutto, anche nel loro insieme. A quanto pare, i possibili movimenti collettivi degli ioni facilitano le interazioni tra le singole coppie di ioni.

Nella proposta, questa idea si concretizza applicando un campo elettrico uniforme all’intero cristallo, in modo da mediare le interazioni tra due specifici ioni in quel cristallo. I due ioni vengono selezionati applicando su di essi i potenziali delle pinzette (vedere l’immagine sopra). L’omogeneità del campo elettrico assicura che consentirà solo ai due ioni di muoversi insieme a tutti gli altri ioni nel cristallo. Di conseguenza, la forza di interazione tra i due ioni selezionati è fissa, indipendentemente dalla distanza tra i due ioni.

Un computer quantistico è costituito da “porte”, piccoli blocchi di calcolo che eseguono analoghi quantistici di operazioni come “e” e “o” che conosciamo dai normali computer. Nei computer quantistici a ioni intrappolati, queste porte agiscono sugli ioni e il loro funzionamento dipende dalle interazioni tra queste particelle. Nella configurazione di cui sopra, il fatto che tali interazioni non dipendano dalla distanza significa che anche la durata di funzionamento di un cancello è indipendente da tale distanza. Di conseguenza, questo schema per il calcolo quantistico è intrinsecamente scalabile e, rispetto ad altri schemi di calcolo quantistico all’avanguardia, pone meno sfide tecniche per ottenere computer quantistici relativamente ben funzionanti.

I risultati sono stati recentemente pubblicati in Physical Review Letters.

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