Per riuscire nell’impresa titanica di realizzare pienamente l’informatica quantistica dovremo fare enormi balzi scientifici, inclusa la ricerca di un superconduttore in grado di agire similmente al silicio utilizzato nell’informatica odierna.
Un gruppo di ricercatori ritiene di aver trovato il candidato giusto per ricoprire il ruolo di superconduttore in un computer quantistico nel ditelluride di uranio (Ute 2) che potrebbe essere utilizzato per realizzare i circuiti logici che funzionano con i qubit quantici in grado di trovarsi contemporaneamente in due stati diversi.
Oggi i fisici quantistici affrontano un grave problema chiamato “decoerenza quantistica” che affligge gli attuali computer quantistici, cioè la capacità di mantenere stabili per un tempo sufficiente a svolgere dei calcoli i qubit stessi.
Quello che distingue il nuovo superconduttore Ute 2 è la sua grande resistenza ai campi magnetici che garantisce una resistenza agli errori altrimenti possibili nei calcoli quantistici.
Per questo motivo, il fisico Nick Buth, del National Institute of Standards and Technology (NIST), ha affermato: “Questo è potenzialmente il silicio dell’era dell’informazione quantistica, è possibile utilizzare la ditelluride di uranio per creare i qubit di un efficiente computer quantistico“.
Butch e i suoi colleghi sono capitati quasi per caso sulle proprietà quantistiche del ditelluride di uranio (Ute 2) mentre studiavano una varietà di magneti a base di uranio. Il pensiero iniziale era che Ute 2 potesse diventare magnetico a basse temperature – e mentre ciò non si verificava, il composto diventava invece un superconduttore.
Tecnicamente, la ditelluride dell’uranio è composto una tripletta di spin, piuttosto che da singoli spin, come la maggior parte degli altri superconduttori. Ciò significa che le coppie di Cooper, cioè gli elettroni legati insieme a basse temperature – possono essere orientate in modo diverso.
La fisica può aumentare di complessità molto rapidamente, ma il punto importante è che queste proprietà significano che le coppie di Cooper possono essere allineate in parallelo anziché in opposizione, e questo suggerisce che il nuovo superconduttore Ute 2 dovrebbe conservare la sua superconduttività di fronte a disturbi esterni che altrimenti minaccerebbero la coerenza quantistica.
“Queste coppie di spin paralleli potrebbero aiutare il computer a rimanere funzionale“, afferma Butch. “Non può schiantarsi spontaneamente a causa delle fluttuazioni quantistiche“.
Ci sono diversi motivi per i quali il calcolo quantistico può essere un fattore determinante, sappiamo che esistono diversi approcci ad esso e gli scienziati per ora non sono sicuri di quale funzionerà meglio e di quale non funzionerà.
L’utilizzo del materiale composto da Ute 2 in questo modo richiederebbe l’approccio del calcolo quantistico topologico, un approccio che non è stato esplorato nella stessa misura di altre opzioni: tale calcolo essenzialmente, mira a codificare i qubit in un tipo di quasiparticella che potrebbe non esistere realmente.
Gran parte del calcolo quantistico topologico è nella fase delle ipotesi, ma il suo grande vantaggio, se dovesse funzionare, sarà che non richiederà lo stesso livello di correzione dell’errore quantistico solo per rimanere coerente e stabile.
In questo modo potremo avere qubit logici che funzionano senza la necessità di molti altri qubit solo per la correzione degli errori.
L’informatica quantistica topologica ha sfide a sé stanti, e siamo ancora molto lontani da un computer quantistico, ma è un passo nella giusta direzione al pari di altri progressi che stiamo acquisendo.
Il team pensa che la ditelluride di uranio abbia ancora qualche altro segreto da svelare, sia per quanto riguarda l’informatica quantistica sia sui superconduttori in generale.
“Studiarla ulteriormente potrebbe darci un’idea di ciò che stabilizza questi superconduttori a rotazione parallela“, afferma Butch.
“Uno degli obiettivi principali della ricerca sui superconduttori è quello di essere in grado di comprendere la superconduttività abbastanza bene da sapere dove cercare materiali superconduttori da scoprire“.
