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Rendere i computer quantistici ancora più potenti

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Credito: Pixabay / CC0 Dominio pubblico

Gli ingegneri dell’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) hanno sviluppato un metodo per leggere contemporaneamente diversi qubit, la più piccola unità di dati quantistici. Il loro metodo apre la strada a una nuova generazione di computer quantistici ancora più potenti.

“IBM e Google dispongono attualmente dei computer quantistici più potenti del mondo”, afferma il prof. Edoardo Charbon, responsabile dell’Advanced Quantum Architecture Laboratory (AQUA Lab) presso la School of Engineering dell’EPFL. “IBM ha appena presentato una macchina da 127 qubit, mentre quella di Google da 53 qubit”. La possibilità di rendere i computer quantistici ancora più veloci è tuttavia limitata a causa di un limite superiore al numero di qubit. Ma un team di ingegneri guidati da Charbon, in collaborazione con ricercatori nel Regno Unito, ha appena sviluppato un metodo promettente per superare questa barriera tecnologica. Il loro approccio può leggere i qubit in modo più efficiente, il che significa che più di essi possono essere impacchettati in processori quantistici. I loro risultati appaiono in Elettronica della natura.

Biochimica e crittografia

I computer quantistici non funzionano come i computer a cui siamo abituati. Invece di avere un processore e un chip di memoria separati, i due sono combinati in un’unica unità nota come qubit. Questi computer utilizzano proprietà quantistiche come la sovrapposizione e l’entanglement per eseguire calcoli complicati che i normali computer non potrebbero mai eseguire in un lasso di tempo ragionevole. Le potenziali applicazioni per i computer quantistici includono biochimica, crittografia e altro. Le macchine utilizzate oggi dai gruppi di ricerca hanno una dozzina di qubit. “La nostra sfida ora è interconnettere più qubit nei processori quantistici – stiamo parlando di centinaia, persino migliaia – per aumentare la potenza di elaborazione dei computer”, afferma Charbon.

Il numero di qubit è attualmente limitato dal fatto che non è ancora disponibile una tecnologia in grado di leggere rapidamente tutti i qubit. “A complicare ulteriormente le cose, i qubit funzionano a temperature vicine allo zero assoluto, o –273.15oC, “dice Charbon.” Ciò rende la lettura e il controllo ancora più difficile. Ciò che gli ingegneri in genere fanno è utilizzare le macchine a temperatura ambiente e controllare ogni qubit individualmente”.

“È una vera svolta”

Andrea Ruffino, uno studente di dottorato presso il laboratorio di Charbon, ha sviluppato un metodo che consente di leggere nove qubit simultaneamente ed efficacemente. Inoltre, il suo approccio potrebbe essere ridimensionato a matrici di qubit più grandi. “Il nostro metodo si basa sull’utilizzo di domini di tempo e frequenza”, spiega. “L’idea di base è ridurre il numero di connessioni facendo funzionare tre qubit con un singolo legame”. L’EPFL non ha un computer quantistico, ma questo non ha fermato Ruffino. Ha trovato un modo per emulare i qubit ed eseguire esperimenti quasi nelle stesse condizioni di un computer quantistico. “Ho incorporato punti quantici, che sono particelle semiconduttrici di dimensioni nanometriche, in un transistor. Questo mi ha dato qualcosa che funziona allo stesso modo dei qubit”, afferma Ruffino. È il primo dottorando dell’AQUA Lab a studiare questo argomento per la sua tesi.

“Andrea ha dimostrato che il suo metodo funziona con circuiti integrati su normali chip per computer ea temperature che si avvicinano a quelle dei qubit”, afferma Charbon. “È una vera svolta che potrebbe portare a sistemi di grandi matrici di qubit integrati con l’elettronica necessaria. I due tipi di tecnologia potrebbero lavorare insieme in modo semplice, efficace e riproducibile”.


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