“Abbiamo bisogno di milioni di bit quantici”.
Il fisico Winfried Hensinger nel suo laboratorio con computer quantistici
Fonte: Winfried Hensinger
I computer quantistici attualmente hanno solo poche dozzine di ripetitori quantistici. Ciò significa che possono sostanzialmente dimostrare la loro funzionalità. Ma per i compiti pratici è necessario un numero maggiore di qubit. Un fisico tedesco-britannico spiega come è possibile raggiungere questo obiettivo.
BDurante la sua tesi di dottorato in Australia, Winfried Hensinger si è posto un obiettivo difficile che voleva raggiungere nella sua vita di fisico: “Voglio costruire un computer quantistico”. Università del SussexQuando finalmente ha visto tutti i requisiti di base per avviare la propria azienda nel 2018.
Un aspetto importante è stato il risultato scientifico raggiunto nel 2016. con “Quantistica universaleHensinger verrà ora ad Amburgo perché il fisico, che possiede un passaporto britannico e tedesco, può beneficiare di generosi finanziamenti per le aziende innovative di computer quantistici in quel paese.
Ci sono dozzine di gruppi di ricerca e aziende in tutto il mondo che ricercano e sviluppano computer quantistici. Per ottenere i cosiddetti bit quantistici (Qbit) vengono utilizzate tecniche molto diverse. Quale di essi alla fine avrà la meglio e sarà più adatto ai computer quantistici commerciali è una questione aperta. Naturalmente, ogni scienziato ripone la più grande speranza nel percorso di sviluppo che lui stesso sta percorrendo.
Esistono infatti già i primi computer quantistici che hanno sostanzialmente dimostrato la loro funzionalità. Sono stati in grado di risolvere compiti specifici utilizzando speciali algoritmi quantistici. Il numero di qubit in questi sistemi è solitamente di soli due numeri.
“Per poter risolvere problemi reali utilizzando i computer quantistici nella pratica, abbiamo bisogno di milioni di qubit”, afferma Hensinger. Per questo motivo alcune tecnologie finora utilizzate non avranno alcuna possibilità nel lungo termine perché non “scalabili”.
“Una tecnologia è detta scalabile se può essere utilizzata non solo per costruire sistemi contenenti 100 qubit, ma anche attraverso il ridimensionamento modulare di quei sistemi contenenti 1.000, 10.000 o 1 milione di qubit”, spiega Hensinger. Questo è esattamente ciò che dovrebbe essere possibile con la tecnologia che preferisce.
I qubit Hensinger sono rappresentati da ioni, cioè ioni elettricamente carichi contenuti in trappole ioniche sui microchip. “Ho presentato il primo chip con trappola ionica nel 2005”, afferma il ricercatore britannico-tedesco. Nello stesso anno ottenne la cattedra in Inghilterra.
“Il vantaggio principale di questa tecnologia è la sua scalabilità”, spiega Hensinger. “Ad Amburgo, vogliamo costruire un computer quantistico in cui colleghiamo quattro chip con campi elettrici utilizzando una nuova tecnica da noi inventata. Quindi stiamo costruendo un vero e proprio sistema modulare E ovviamente puoi costruire un computer quantistico con milioni di qubit esattamente nello stesso modo”, dice Hensinger. E poi puoi semplicemente collegare diversi altri chip.
Perché se funziona, altri moduli dovrebbero essere agganciati utilizzando lo stesso principio e si potrebbe costruire un computer quantistico scalabile. In modo simile, i ricercatori usano la luce laser per comunicare con i qubit. Ma provare a farlo con milioni di qubit contemporaneamente sembra senza speranza.
I microonde funzionano con la tecnologia Qbits
“Non è possibile puntare milioni di laser verso i microchip ionici, ma nel 2016 abbiamo fatto un passo avanti decisivo”, afferma Hensinger. Abbiamo sviluppato un chipset che produce monete magnetiche eterogenee all’interno dell’area del processore. È quindi possibile modificare la frequenza di risonanza dello ione semplicemente spostando lo ione nel campo magnetico disomogeneo con una tensione applicata. Ciò significa che applicando una tensione è possibile determinare se uno ione può assorbire le microonde. Le microonde poi modificano lo stato degli ioni ed è quindi possibile eseguire calcoli semplicemente applicando tensioni.
Il grande vantaggio della tecnologia informatica quantistica è che funziona essenzialmente a temperatura ambiente. Il computer quantistico sviluppato da Google, invece, deve essere raffreddato a temperature nell’ordine dei millkelvin, appena sopra lo zero assoluto di meno 273 gradi Celsius. Questo è complesso, costoso e rappresenta un altro ostacolo all’espansione. Portare milioni di qubit a temperature così basse è una sfida quasi impossibile da superare.
Ed è proprio questa scalabilità che alla fine richiederà il raffreddamento dei chip Hensinger. Se lì milioni di ioni fossero attivi sotto forma di qubit, il calore disperso che inevitabilmente si creerebbe sarebbe molto grande. “Vogliamo raffreddare i nostri chip fino a meno 200 gradi Celsius utilizzando gas elio”, spiega il fisico, “questo può essere ottenuto con poco sforzo e ad un costo molto ragionevole.”