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Bit quantistico con un solo atomo per il super PC di domani

Ricercatori australiani e inglesi sono riusciti a realizzare un qubit con un solo atomo di fosforo. Il controllo e la misurazione dello spin elettronico è possibile grazie a un transistor di silicio, e la realizzazione di porte logiche quantistiche potrebbe arrivare entro un anno o poco più.

I ricercatori dell'Università del Galles del Sud (University of New South Wales, UNSW – Australia) hanno realizzato un bit quantistico con un solo atomo, un qubit capace di trasportare informazioni grazie alla manipolazione dello spin elettronico.

Si tratta di un atomo di fosforo e di un elettrone "aggiuntivo", il cui orientamento magnetico (spin) si può controllare e misurare, facendone così un veicolo d'informazione. Gli specialisti della UNSW hanno collaborato con i colleghi dell'Università di Melbourne e l'University College di Londra, e hanno trovato il modo di attribuire un determinato spin a un elettrone e poi leggerlo nuovamente – un risultato piuttosto difficile da ottenere.

Andrea Morello e Andrew Dzurak

"Per la prima volta abbiamo dimostrato la possibilità di rappresentare e manipolare dati sullo spin per formare un bit quantistico, o qubit, l'unità base d'informazioni per un computer quantistico", ha spiegato Andrew Dzurak, uno dei ricercatori coinvolti.

Se il qubit ottenuto consiste di un solo atomo è necessario un transistor speciale per leggere l'informazione. Sostanzialmente l'orientamento dello spin determina l'apertura o la chiusura del transistor, che agisce in questo caso come una sorta d'interruttore comandato dal qubit. L'atomo di fosforo è "iniettato" nel transistor di silicio, e quest'ultimo "è così piccolo che gli elettroni devono muoversi dentro di esso uno in fila all'altro".

Il risultato di tale sistema è "l'equivalente quantistico del battere un numero sulla tastiera", come ha spiegato Andrea Morello, uno dei ricercatori che ha partecipato al progetto. Il suo collega Andrew Dzurag afferma invece che si tratta di "un risultato scientifico rimarchevole, il controllo della natura al suo livello più fondamentale", per poi aggiungere che questo è "davvero l'avanzamento chiave verso la realizzazione un computer quantistico basato su singoli atomi".  

Il computer quantistico è ancora lontano da una realizzazione pratica, ma è ben chiaro a tutti gli studiosi quali siano le sue potenzialità. Queste nascono dal fatto che un qubit ha la particolare capacità di portare più valori allo stesso tempo, quindi valere sia zero sia uno.

La combinazione e l'interazione di diversi qubit tra loro, poi, possono dare origine a stati che non hanno equivalenti nell'elettronica tradizionale – e che andranno studiati. Il qubit promette quindi velocità di calcolo immensamente superiori al "classico" bit, che può valere solo zero oppure uno. "Con due qubit si potrebbe eseguire l'operazione usando quattro valori, per tre qubit otto valori e così via. Mano a mano che si aggiungono qubit la capacità di calcolo del computer aumenta esponenzialmente. Infatti con solo 300 qubit è possibile immagazzinare tanti numeri quanti sono gli atomi nell'universo", si legge nel comunicato stampa della UNSW.

L'articolo completo in inglese è disponibile su Nature a 30 dollari.