CPU quantistica con memoria, è la prima volta

Un processore quantistico dotato di memoria, utile per archiviare istruzioni e dati. È la prima volta che questi due componenti vengono combinati insieme e il merito va ai ricercatori della UCSB (Università della Califonia, Santa Barbara).

Questo è solo l'ultimo di diversi tasselli che vanno a comporre il puzzle dei computer quantistici, soluzioni che eseguono calcoli (le informazioni sono chiamate qubit, in un computer tradizionale si parla di bit) grazie a fenomeni di meccanica quantistica. Mentre un bit può essere rappresentato da 1 o 0, il qubit può raffigurare entrambi i valori contemporaneamente.

Quando i qubit in uno stato di "sovrapposizione" lavorano insieme, possono operare su un numero di dati esponenzialmente maggiore rispetto allo stesso numero di bit standard. Il risultato è che i computer quantistici dovrebbero essere in grado di superare codifiche a oggi impenetrabili e realizzare simulazioni molto complesse.

Il ricercatore Matteo Mariantoni, a capo del progetto, ritiene che collegare un processore a elementi di memoria dovrebbe consentire il controllo migliore e una programmazione più semplice del computer quantistico. Come negli attuali computer, anche per questa soluzione gli studiosi hanno adottato un progetto chiamato architettura di von Neumann (maggiori dettagli qui).

I qubit possono essere realizzati in molti modi, bombardando ioni da ogni direzione con impulsi laser in modo da sospenderli in un punto, oppure grazie ad atomi in un campo magnetico. Il gruppo della UCSB ha usato invece circuiti elettrici convenzionali (fabbricati con tecniche tradizionali), anche se per lavorare come superconduttori e attivare il loro comportamento quantistico devono essere raffreddati quasi allo zero assoluto.

Secondo Mariantoni questi circuiti superconduttori hanno consentito al team d'inserire qubit ed elementi di memoria su un singolo chip, rendendo possibile la realizzazione di questo design ispirato all'architettura di von Neumann.

Von Neumann

Il processore è formato da due qubit collegati da un bus quantistico che consente loro di comunicare. Ognuno di questi qubit è collegato a un elemento di memoria (funziona come la RAM di un computer classico), all'interno del quale il qubit può salvare il suo valore attuale per un uso successivo. I collegamenti tra i qubit e la memoria integrano dispositivi conosciuti come risonatori, circuiti all'interno dei quali il valore di un qubit può rimanere intatto per un breve periodo.

I ricercatori hanno usato il nuovo sistema per eseguire un algoritmo che è una sorta di elemento di calcolo, chiamato Toffoli gate, il quale può essere usato per far girare qualsiasi programma tradizionale. Il team ha inoltre usato il suo design per completare un'operazione matematica che sta alla base dell'algoritmo con il quale un computer quantistico potrebbe craccare una codifica dati complessa.

Secondo David Schuster della University of Chicago, anch'esso impegnato sul calcolo quantistico, i circuiti superconduttori hanno dato dimostrazione di essere relativamente affidabili, anche se ora rimane la sfida di ampliare le dimensioni del sistema. A detta di Matteo Mariantoni è facile "scalare il numero di queste celle". "Credo che schiere di risonatori rappresenteranno il futuro del calcolo quantistico con circuiti integrati".