Gli scienziati hanno creato la più grande e complessa rete quantistica-computer di sempre, facendo dialogare tra loro 20 diversi bit quantistici o qubit intrecciati.
Il team è stato quindi in grado di leggere le informazioni contenute in tutti quei cosiddetti qubit, creando un prototipo di "memoria a breve termine" quantistica per il computer. Mentre gli sforzi passati hanno impigliato gruppi più grandi di particelle in laser ultrafreddi, questa è la prima volta che i ricercatori sono stati in grado di confermare che si trovano effettivamente in una rete.
Il loro studio, pubblicato il 10 aprile sulla rivista Physics Review X, spinge i computer quantistici a un nuovo livello, avvicinandosi al cosiddetto "vantaggio quantico", dove i qubit superano i classici bit dei computer basati su chip al silicio, hanno detto i ricercatori .
Dai bit ai qubit
Il calcolo tradizionale si basa su un linguaggio binario di 0 e 1: un alfabeto con solo due lettere o una serie di globi ruotati verso il polo nord o sud. I computer moderni usano questo linguaggio inviando o arrestando il flusso di elettricità attraverso i circuiti di metallo e silicio, cambiando la polarità magnetica o usando altri meccanismi che hanno un doppio stato "acceso o spento".
Tuttavia, i computer quantistici usano un linguaggio diverso, con un numero infinito di "lettere".
Se le lingue binarie usano i poli nord e sud dei globi, allora l'informatica quantistica userebbe tutti i punti in mezzo. L'obiettivo del calcolo quantistico è utilizzare anche tutta l'area tra i poli.
Ma dove si potrebbe scrivere una lingua del genere? Non è che puoi trovare materiale quantico nel negozio di ferramenta. Quindi, il team ha intrappolato gli ioni calcio con raggi laser. Pulsando questi ioni con energia, possono spostare gli elettroni da uno strato all'altro.
Nella fisica delle superiori, gli elettroni rimbalzano tra due strati, come una macchina che cambia corsia. Ma in realtà, gli elettroni non esistono in un posto o in uno strato: esistono in molti allo stesso tempo, un fenomeno noto come sovrapposizione quantistica. Questo strano comportamento quantistico offre la possibilità di ideare un nuovo linguaggio informatico, che utilizza infinite possibilità. Mentre il calcolo classico utilizza bit, questi ioni di calcio in sovrapposizione diventano bit quantici o qubit. Mentre il lavoro passato aveva già creato tali qubit in precedenza, il trucco per creare un computer è far sì che questi qubit si parlino l'un l'altro.
"Avere tutti questi ioni individuali da soli non è proprio ciò che ti interessa", ha detto a Live Science Nicolai Friis, primo autore del documento e ricercatore senior presso l'Istituto di ottica quantistica e informazioni quantistiche di Vienna. "Se non parlano tra loro, allora tutto ciò che puoi fare è un calcolo classico molto costoso."
Talking bit
Per far "parlare" i qubit in questo caso si basava su un'altra bizzarra conseguenza della meccanica quantistica, chiamata entanglement. L'entanglement è quando due (o più) particelle sembrano operare in modo coordinato e dipendente, anche se separate da grandi distanze. La maggior parte degli esperti ritiene che l'aggancio delle particelle sarà fondamentale in quanto catapulte di calcolo quantico dall'esperimento di laboratorio alla rivoluzione informatica.
"Venti anni fa, l'entanglement di due particelle era un grosso problema", ha detto a Live Science il coautore dello studio Rainer Blatt, professore di fisica all'Università di Innsbruck in Austria. "Ma quando vai davvero e vuoi costruire un computer quantistico, devi lavorare con non solo dire cinque, otto, 10 o 15 qubit. Alla fine, dovremo lavorare con molti, molti altri qubit."
Il team è riuscito a intrecciare 20 particelle insieme in una rete controllata - ancora a corto di un vero computer quantistico ma la più grande di tali reti fino ad oggi. E mentre devono ancora confermare che tutti e 20 sono completamente intrecciati l'uno con l'altro, è un solido passo verso i supercomputer del futuro. Ad oggi, i qubit non hanno sovraperformato i bit dei computer classici, ma Blatt ha affermato che il momento - spesso chiamato vantaggio quantico - sta arrivando.
"Un computer quantistico non sostituirà mai i computer classici; si aggiungerà a loro", ha detto Blatt. "Queste cose possono essere fatte."
