- Come funziona la prima macchina quantistica continua?
- Quali sfide risolve e cosa cambia nel futuro della computazione avanzata?
Prima macchina quantistica in grado di funzionare continuamente
Scienziati di Harvard hanno presentato la prima macchina quantistica capace di operare in modo continuo senza necessità di riavvio. Il sistema, dotato di 3.000 qubit, è in grado di funzionare per oltre due ore, rappresentando un passo fondamentale verso le supercomputer quantistici del futuro.
Un passo avanti per la computazione quantistica
In uno studio pubblicato su Nature, il team dimostra che il dispositivo supera importanti sfide tecniche, segnando un avanzamento significativo per lo sviluppo di computer quantistici che potrebbero rivoluzionare campi come la scienza, la medicina, la finanza e altri settori avanzati.
“Abbiamo dimostrato il funzionamento continuo con un sistema di 3.000 qubit”, ha dichiarato il professor Mikhail Lukin, co-direttore dell’Iniziativa di Scienza e Ingegneria Quantistica e autore principale dello studio. “Questo approccio funzionerà anche con sistemi molto più grandi”.
Dalla codifica binaria ai qubit
I computer tradizionali codificano le informazioni – dai video sul tuo telefono alle parole di questa pagina – in bit binari. Le macchine quantistiche, invece, sfruttano particelle subatomiche e proprietà controintuitive della fisica quantistica, ottenendo potenza di calcolo significativamente maggiore.
I bit tradizionali memorizzano informazioni come 0 o 1, mentre i qubit possono assumere contemporaneamente entrambi i valori, permettendo combinazioni lineari di ampiezze che costituiscono la chiave della computazione quantistica.
A differenza dei computer convenzionali, dove raddoppiare i bit raddoppia la potenza, nei computer quantistici aggiungere qubit aumenta esponenzialmente la capacità grazie all’entanglement quantistico.
Sfide nella costruzione di grandi sistemi quantistici
I sistemi basati su atomi neutri – privi di carica elettrica perché hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni – sono tra le piattaforme più promettenti per i computer quantistici. Tuttavia, uno dei principali problemi è la perdita di atomi: i qubit sfuggono e l’informazione codificata viene persa, limitando gli esperimenti a tentativi temporanei che richiedono pause e ricariche.
Il nuovo studio introduce un sistema per rifornire i qubit in modo rapido e continuo, utilizzando nastri trasportatori ottici (onde laser che trasportano atomi) e pinze ottiche (laser che catturano singoli atomi e li dispongono in griglie). Questo metodo permette di ricaricare fino a 300.000 atomi al secondo.
“Possiamo inserire nuovi atomi mentre quelli vecchi si perdono senza distruggere le informazioni già presenti”, spiega Elias Trapp, coautore dello studio. “Questo risolve un collo di bottiglia fondamentale della computazione quantistica“.
Funzionamento continuo per oltre due ore
Il sistema ha operato una matrice di oltre 3.000 qubit per più di due ore, con oltre 50 milioni di atomi che hanno circolato nel sistema. Secondo i ricercatori, in teoria, potrebbe continuare indefinitamente.
“Questo tipo di funzionamento continuo, che permette di sostituire rapidamente i qubit persi, potrebbe essere più rilevante nella pratica del numero assoluto di qubit”, aggiunge Lukin.
Nei prossimi esperimenti, il team intende applicare questo approccio per eseguire calcoli complessi. “Ci distingue la combinazione di scala, preservazione dell’informazione quantistica e rapidità del processo”, afferma Neng-Chun Chiu, autore principale e dottorando in fisica.
Confronto con altri sistemi quantistici
La ricerca di Harvard supera recenti tentativi, come quello del team del Caltech, che ha sviluppato un sistema da 6.100 qubit funzionante però per meno di 13 secondi.
In studi paralleli, il team di Harvard-MIT ha dimostrato architetture per matrici atomiche reconfigurabili in grado di simulare magneti quantistici esotici, modificando la connettività del processore durante il calcolo, a differenza dei chip tradizionali a connettività fissa.
“Possiamo riorganizzare la macchina quantistica mentre è in funzione”, spiega Lukin. “Il sistema diventa quasi un organismo vivo”.
Nuovi metodi di correzione degli errori
In un terzo articolo su Nature, il team introduce architetture con innovativi metodi di correzione degli errori quantistici. Lukin ritiene che, grazie a questa ricerca, sia possibile immaginare computer quantistici in grado di eseguire miliardi di operazioni e funzionare per giorni senza interruzioni.
“Rendere questo sogno realtà è finalmente possibile”, conclude Lukin, “c’è ora un percorso chiaro e diretto per raggiungerlo”.