Il primo processore quantistico in silicio accelera la nascita dei futuri computer

È stato sviluppato un processore quantistico in silicio capace di simulare il comportamento di alcune piccole molecole.
Si tratta di un importante passo in avanti verso i computer quantistici che potrebbe renderne più facile la produzione commerciale e l’utilizzo.
A riuscirci è stato un gruppo di ricerca dell’Università del Nuovo Galles del Sud, in Australia, guidato da Michelle Simmons, che ha pubblicato il risultato su Nature.
“In molti aspetti stiamo ricalcando lo stesso percorso già fatto dai computer normali – ha detto Simmons – e se lo paragoniamo con quello dei computer tradizionali possiamo dire che i primi successi commerciali arriveranno tra 5 anni”.
Un passo importante potrebbe essere ora arrivato proprio dal lavoro della Simmons, riuscito a implementare bit in “formato” quantistico, i qubit, usando il silicio, ossia lo stesso materiale alla base di tutti i computer tradizionali.
Il lavoro si è focalizzato su una specifica questione, ovvero la simulazione del comportamento di alcune semplici molecole organiche, ma i ricercatori si dicono convinti che lo stesso metodo potrebbe essere scalato, ossia ingrandito, in modo facile per ottenere così computer quantistici più potenti e più facili da realizzare a livello commerciale. ”
Certamente si tratta di un passo importante in avanti sia dal punto di vista tecnologico che scientifico – ha commentato Francesco Svario Cataliotti, direttore dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ino-Cnr) – ma non è così ovvio che questa soluzione possa realmente essere scalabile, ossia poter crescere di prestazioni semplicemente aumentandone la grandezza. Ciò è piuttosto semplice con l’elettronica tradizionale, molto meno in quella quantistica”.

COS’È IL COMPUTER QUANTISTICO
I “quantum computer” sono calcolatori che sfruttano le leggi della fisica e della meccanica quantistica, che studia le particelle subatomiche.
La loro unità fondamentale è il bit quantistico o qubit, legato allo stato in cui si trova una particella o un atomo e le cui peculiarità permettono di svolgere i calcoli in modo molto più veloce.
Infatti, mentre nel metodo computazionale classico ogni bit è rappresentato da zero o uno (sistema binario), nel computing quantistico il qubit può essere 0-1 o zero e uno contemporaneamente. Questo è possibile grazie alla sovrapposizione degli stati quantistici, che abilita i calcoli in parallelo (anziché uno alla volta), moltiplicando esponenzialmente potenza e velocità anche per calcoli estremamente complessi, riducendo i tempi di elaborazione da anni a minuti.
Oltre alla sovrapposizione di stati i qubit hanno altre proprietà specifiche che derivano dalle leggi della fisica quantistica come l’entanglement, cioè la correlazione tra un qubit ed un altro, da cui deriva una forte accelerazione nel processo di calcolo.

La prima sfida è mantenere la qualità dei qubit, potenti ma delicati: perdono rapidamente le loro speciali qualità quantiche (in circa 100 microsecondi) a causa di fattori quali le vibrazioni e le fluttuazioni della temperatura dell’ambiente e le onde elettromagnetiche. Le particelle sono volatili e fragili, proprio perché cambiano stato, e potrebbero causare la perdita di dati e informazioni utili al processo di calcolo.
Per il funzionamento della tecnologia quantistica, inoltre, sono necessarie temperature molto basse vicino allo zero assoluto (circa -273° C). Per ottenerle finora il metodo più comune è ricorrere ai gas liquefatti (come l’isotopo elio-3), ma è un sistema molto costoso. Un team di ricercatori della Tum (Technical University of Munich) ha sviluppato un sistema di raffreddamento magnetico per temperature estremamente basse, adatto per l’elettronica quantistica, che evita il ricorso all’elio-3 ed è già commercializzato dalla startup Kiutra.

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