I ricercatori della TU Darmstadt hanno sviluppato un processore quantistico con oltre 1.000 qubit atomici, segnando un progresso significativo nella scalabilità del calcolo quantistico. Questa svolta potrebbe consentire la futura espansione dei qubit fino a 10.000, migliorando varie applicazioni tecnologiche.
Cosa sono i qubit?
I qubit, abbreviazione di “quantum bit” (bit quantistico), sono l’unità base dell’informazione quantistica. A differenza dei bit tradizionali utilizzati nei computer classici, che possono essere solo 0 o 1, essi possono essere 0, 1 o entrambi allo stesso tempo, grazie a un fenomeno chiamato sovrapposizione quantistica.
Questa proprietà unica permette ai computer quantistici di eseguire calcoli in parallelo su molteplici stati contemporaneamente, rendendoli potenzialmente molto più veloci ed efficienti dei computer classici per risolvere specifici problemi.
Ecco alcuni punti chiave:
- Unità base dell’informazione quantistica: Simile a come i bit sono l’unità base dell’informazione nei computer classici, i qubit sono l’unità base dell’informazione nei computer quantistici.
- Sovrapposizione quantistica: A differenza dei bit che possono essere solo 0 o 1, essi possono esistere in entrambi gli stati contemporaneamente, aumentando la potenza di calcolo potenziale.
- Calcolo parallelo: La sovrapposizione quantistica permette ai computer quantistici di eseguire calcoli su molteplici stati contemporaneamente, aumentando la velocità per specifici problemi.
- Applicazioni potenziali: I computer quantistici con un numero elevato di qubit potrebbero rivoluzionare diversi settori come la scoperta di nuovi farmaci, la crittografia, la simulazione di sistemi complessi e l’ottimizzazione.
È importante sottolineare che la tecnologia quantistica è ancora in fase di sviluppo e i computer quantistici non sono ancora in grado di sostituire completamente i computer classici. Tuttavia, i progressi compiuti nella creazione di sistemi con un numero crescente di qubit, come quello realizzato dai ricercatori della TU Darmstadt, rappresentano un passo importante verso la realizzazione del potenziale dell’informatica quantistica.
Svolta nella tecnologia dei qubit quantistici
L’avanzamento dell’informatica quantistica dipende dall’espansione dei sistemi quantistici, in quanto i loro benefici aumentano con la dimensione del sistema stesso. Un importante passo avanti in questa direzione è stato compiuto dai ricercatori della TU Darmstadt, i cui risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Optica.
I processori quantistici basati su array bidimensionali di pinzette ottiche, creati utilizzando raggi laser focalizzati, sono una delle tecnologie più promettenti per lo sviluppo del calcolo e della simulazione quantistica che consentiranno applicazioni altamente vantaggiose in futuro. Una vasta gamma di applicazioni, dallo sviluppo di farmaci fino all’ottimizzazione dei flussi di traffico, trarranno vantaggio da questa tecnologia.
Finora questi processori sono stati in grado di contenere diverse centinaia di sistemi quantistici a singolo atomo, dove ogni atomo rappresenta un bit quantistico o qubit come unità di base dell’informazione quantistica. Per fare ulteriori progressi è necessario aumentare il numero di qubit nei processori. Questo risultato è stato raggiunto da un team guidato dal professor Gerhard Birkl del gruppo di ricerca “Atomi – Fotoni – Quanti” del Dipartimento di Fisica dell’Università Tecnica di Darmstadt.
Nell’articolo di ricerca, il team ha descritto il primo esperimento al mondo che ha realizzato un’architettura di elaborazione quantistica con oltre 1.000 qubit atomici su un unico piano.
Birkl ha dichiarato: “Siamo estremamente lieti di essere stati i primi a superare la soglia dei 1.000 qubit atomici controllabili individualmente”.
I ricercatori sono stati in grado di dimostrare nei loro esperimenti che il loro approccio, che combina i più recenti metodi ottici quantistici con la tecnologia microottica avanzata, ha permesso loro di aumentare significativamente gli attuali limiti sul numero accessibile di bit quantistici.
Questo progresso è stato ottenuto introducendo il nuovo metodo di “sovralimentazione a bit quantistici”, che ha permesso loro di superare le restrizioni imposte sul numero degli stessi utilizzabili dalle prestazioni limitate dei laser. 1305 qubit a singolo atomo sono stati caricati in un array quantistico con 3.000 siti trappola e riassemblati in strutture target prive di difetti con un massimo di 441 qubit. Utilizzando più sorgenti laser in parallelo, questo concetto ha superato i confini tecnologici che fino ad oggi erano percepiti come quasi insormontabili.
1.000 qubit: traguardo superato per i computer quantistici
Mille qubit rappresentano un valore soglia fondamentale per molte applicazioni, poiché a partire da questo numero i computer quantistici iniziano a dimostrare il loro vantaggio in termini di efficienza. Per questo motivo, la comunità scientifica internazionale ha concentrato i propri sforzi nel superare questo limite.
Il traguardo è stato finalmente raggiunto dal gruppo di ricerca del professor Birkl, che ha realizzato un sistema quantistico con oltre 1.000 qubit atomici su un unico piano. Questo risultato rappresenta una svolta storica per l’informatica quantistica.
La pubblicazione, inoltre, descrive come un aumento del numero di sorgenti laser permetterà di raggiungere un numero pari o superiore a 10.000 qubit in un futuro prossimo, aprendo la strada a nuove e rivoluzionarie applicazioni in svariati campi.
