Dai qubit ai codici, una rivoluzione nell’informatica quantistica
Illustre ricercatore in fisica, Machel Block sta sviluppando tecniche per migliorare i circuiti superconduttori, che potrebbero portare a computer quantistici più potenti.
A differenza dei conduttori convenzionali, come il rame, dove parte dell’energia viene persa a causa della resistenza, un superconduttore non presenta resistenza, consentendo la conduttività elettrica senza perdita di energia. Questo fenomeno deriva dagli effetti della meccanica quantistica, che studia il comportamento delle particelle a livello atomico e subatomico.
Missione Mitchell Block? Sviluppare tecniche innovative per migliorare questi circuiti superconduttori e progettare computer quantistici e simulazioni in grado di risolvere problemi intrattabili dai computer classici.
Il potere dei qubit nella meccanica quantistica
Nella meccanica quantistica, una particella può esistere in più stati contemporaneamente grazie al fenomeno della sovrapposizione. A differenza dei computer tradizionali costituiti da transistor, o bit, che possono essere uno “0” (spento) o un “1” (acceso), i computer quantistici si basano sui qubit. Quest’ultimo, che è governato dalle leggi della meccanica quantistica, può essere sia “0” che “1”. I circuiti superconduttori consentono di creare questi qubit, metterli in sovrapposizioni di stati diversi e manipolare queste sovrapposizioni.
“Controllando attentamente le interazioni tra questi qubit, possiamo eseguire algoritmi quantistici, fornendo una potenza di calcolo che supera di gran lunga quella dei computer convenzionali.dice il professor Block.
Il suo progetto attuale sta esplorando un nuovo modo per archiviare e trasmettere informazioni quantistiche in modo più efficiente utilizzando i qudit anziché i qubit. Un processore basato su qudit bypassa la logica quantistica binaria (“0” e “1”) e consente a tre o più stati logici (“0”, “1”, “2”, ecc.) di codificare le informazioni.
Innovazione nella memorizzazione di informazioni quantistiche
Il metodo del professor Block si basa sull’utilizzo di fotoni – minuscoli pacchetti di radiazioni elettromagnetiche – per creare qudit e manipolarli per i calcoli. Questo metodo può aiutare a proteggere le informazioni quantistiche dal rumore, cioè dalle interazioni indesiderate tra i qudit e l’ambiente.
“Gli algoritmi quantistici sono estremamente sensibili al rumore e anche la minima perturbazione può causare guasti operativi, distruggendo completamente il calcolo quantistico.«Il nostro obiettivo è progettare circuiti superconduttori che proteggano dal rumore nei computer quantistici del futuro e sviluppare la tecnologia per rendere questi computer più potenti e affidabili», spiega Block.
Il processo di creazione di circuiti superconduttori
Nel suo laboratorio, Machell Block e il suo team realizzano wafer superconduttori incidendo metalli come niobio o alluminio su wafer di silicio. Hanno iniziato realizzando un risonatore a spirale presso l’Integrated Center for Nano Systems (URnano) in collaborazione con John Nichol, professore associato di fisica.
In un circuito superconduttore, un risonatore a spirale è un filo avvolto a spirale che diventa superconduttore quando viene raffreddato. Il risonatore funge da diapason per i segnali elettrici, filtrando e controllando il loro flusso in modo preciso ed efficiente.
Dopo la fabbricazione, il risonatore viene posto in un frigorifero a diluizione per essere raffreddato a temperature vicine allo zero assoluto, a cui il niobio diventa un superconduttore. Il team quindi misura e testa i risonatori utilizzando apparecchiature a microonde commerciali.
Il passaggio finale consiste nel perfezionare il processo che aiuterà a proteggere le informazioni quantistiche dal rumore e a correggere gli errori quantistici. I circuiti hanno una varietà di potenziali applicazioni, anche nel calcolo quantistico e per migliorare la precisione dei sensori.
Per più
Il lavoro del professor Block dimostra l’enorme potenziale del calcolo quantistico, in grado di risolvere problemi ben oltre le capacità dei nostri attuali computer. Tuttavia, l’estrema sensibilità degli algoritmi quantistici al minimo rumore rappresenta una grande sfida. Sebbene gli sforzi per superare questi ostacoli siano promettenti, la strada per computer quantistici affidabili e ampiamente disponibili è ancora lunga.
Un punto da ricordare
Cos’è un superconduttore?
Un superconduttore è un materiale che perde tutta la resistenza della conducibilità elettrica una volta che è stato raffreddato a una temperatura estremamente bassa, consentendo alla corrente di fluire senza perdita di energia.
Cos’è un qubit?
Un qubit, o bit quantico, è l’unità di base dell’informazione nel calcolo quantistico. A differenza dei bit classici che possono essere 0 o 1, i qubit possono rappresentare entrambi gli stati contemporaneamente grazie alla sovrapposizione quantistica.
Cos’è Qudit?
qudit è un’estensione del concetto di qubit. Può rappresentare non solo due stati (0 e 1), ma anche stati aggiuntivi (2, 3, ecc.), il che offre maggiori possibilità di codifica delle informazioni.
Cos’è il rumore nel calcolo quantistico?
Nel contesto del calcolo quantistico, il rumore si riferisce a qualsiasi disturbo indesiderato che può influenzare codici o qubit e quindi interrompere i calcoli quantistici.
Quali sono le sfide del calcolo quantistico?
Una delle principali sfide nel calcolo quantistico è la sensibilità degli algoritmi quantistici al rumore. Inoltre, anche il mantenimento della coerenza quantistica – la capacità di preservare le sovrapposizioni di stati – per un lungo periodo di tempo è una sfida importante.
diritti d’autore della foto/ Università di Rochester
[ Rédaction ]
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