Gli array atomici emergono come candidati a sorpresa per l'informatica quantistica

Si prevede che la tanto attesa prossima svolta nell'informatica provenga dai cosiddetti computer quantistici, che useranno i fenomeni quantistici per portare a un'elaborazione più rapida e ad una memorizzazione dei dati radicalmente migliorata. Ora, un laureato in fisica presso l'Università di Havard ha assemblato un sistema straordinario e unico che potrebbe portare alla svolta del calcolo quantistico che stava aspettando.

La cosa più straordinaria del sistema che Harry Levine e il suo team, guidati da Mikhail Lukin, ha costruito nel suo piccolo laboratorio sotterraneo all'Università è che non ci sono chip di processori coinvolti. Il computer di Levine è alimentato da 51 atomi di rubidio immagazzinati in una cella di vetro. Questi atomi sono allineati in un unico file da un laser diviso in 51 raggi.

Gli atomi sono rallentati fino a quasi immobili da ulteriori laser, mentre un altro set di laser consente all'utente di incoraggiare gli atomi a interagire. È da queste interazioni che possono essere eseguiti calcoli.

L'allestimento sperimentale utilizzato da Levine e dal suo team di Harvard (Levine, Keesling, Omran)

Il vantaggio che un computer quantistico conferisce è la capacità di un sistema quantistico di trovarsi in una sovrapposizione di stati. Ciò significa che mentre un "bit" normale può avere solo due possibili stati-0 o 1- un qubit può codificare contemporaneamente per uno e zero in una sovrapposizione di stati.

Se ridimensionato, questo set-up dovrebbe ampiamente superare i computer tradizionali.

Anche tra i computer quantistici, questa configurazione è davvero notevole. La maggior parte dei qubit che sono stati esplorati finora sono stati costruiti su silicio, filo superconduttore e strutture a semiconduttore note come punti quantici. Questo lavoro si basa sulla recente ricerca usando atomi neutri per formare qubit.

In precedenza si pensava che gli atomi neutri fossero scelte sbagliate per i qubit a causa della loro mancanza di una carica elettrica e quindi non interagiscono facilmente con altri atomi. I fisici possono superare questa difficoltà usando esplosioni laser appositamente temporizzate per eccitare l'elettrone più esterno di un atomo e spostarlo dal nucleo atomico, in quello che viene chiamato "stato di Rydberg". Ciò ha l'effetto di aumentare in modo massiccio le dimensioni dell'atomo.

V. Altounian (Scienza)

In questo stato di Rydberg, l'atomo si comporta più come uno ione, un atomo con elettroni rimosso da esso, il che significa che è più probabile che interagiscano elettromagneticamente con gli atomi vicini. L'interazione ha l'effetto complessivo di impedire a questi atomi vicini di entrare essi stessi in uno stato di Rydberg.

Ciò conferisce uno stato impigliato sugli atomi, lo stato richiesto per eseguire calcoli quantistici. Una misurazione su entrambi gli atomi fa collassare la sovrapposizione creata da un atomo nello stato di Rydberg e l'altro no.

Il vantaggio conferito dagli atomi neutri è che sono tutti identici, possono essere racchiusi in uno spazio molto più stretto rispetto ai qubit a base di silicio e inoltre non devono essere tenuti a temperature super fredde come devono fare i qubit superconduttori. Inoltre, poiché gli atomi neutri hanno meno probabilità di interagire, significa che hanno meno probabilità di interferire tra loro e perdere le informazioni quantistiche memorizzate.

Pertanto gli atomi neutri offrono il vantaggio di scalabilità e prestazioni complessive migliori.

Il lavoro di Lukin è stato pubblicato nell'ultima edizione della rivista Physical Review Letters ha dimostrato la capacità di programmare una porta logica a due rubini con una precisione del 97%. Ciò significa che il metodo di creazione di qubit di Rydberg è vicino alla fedeltà dei qubit superconduttori, che attualmente si attesta al 99%.

Inoltre, un'altra ricerca pubblicata nello stesso periodo ha aggiunto il supporto alla versatilità dei qubit di Rydberg.

Un team di ricercatori francesi ha pubblicato uno studio nell'edizione di settembre di Nature in cui sono stati in grado di dimostrare un notevole controllo su un array 3D di 72 atomi neutri. Sono stati in grado di impacchettare densamente gli atomi in un modo che non può essere fatto con gli ioni poiché si abrogano a vicenda a causa della loro carica simile.

Mentre Levine è sicuro che il sistema che ha contribuito a creare andrà a beneficio dell'industria delle telecomunicazioni, altri sono meno convinti.

"Rispetto ad altri qubit, gli atomi neutri tendono a non rimanere fermi", ha detto a Science Varun Vaidya, un fisico di Xanadu, una società di informatica quantistica. Ciò significa che i sistemi che usano atomi neutri potrebbero non essere adatti per svolgere compiti più lunghi poiché manca la loro stabilità.

Non c'è dubbio che ci siano ancora molte domande sul potenziale del calcolo quantico e su come fornire il qubit migliore. I sistemi Rydberg potrebbero fornire le risposte richieste.

Commenti

Originariamente pubblicato su sciscomedia.co.uk il 29 settembre 2018.