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Il computer quantistico del futuro è fatto di diamanti

Chi l'ha detto che i diamanti sono i migliori amici delle donne? Un diamante può dare grandi soddisfazioni anche ai ricercatori come dimostra lo studio internazionale a cui hanno partecipato Politecnico di Milano, Università di Calgary, Università di Kyoto e IFN-CNR di Trento.

diamante

Gli studiosi sono riusciti infatti a fabbricare per la prima volta circuiti fotonici in diamante, capaci di garantire una potenza di calcolo infinitamente superiore ai computer tradizionali. I circuiti fotonici sono diversi da quelli elettrici in quanto a muoversi all'interno di percorsi ottici non sono gli elettroni ma i fotoni. Per creare tali percorsi i ricercatori hanno usato impulsi laser ai femtosecondi che modificano le caratteristiche fisiche del diamante tracciando le linee che costituiscono il circuito.

Tali circuiti mettono in comunicazione i "difetti" presenti nel diamante che possono essere sfruttati come bit "quantistici". Quando si pensa al diamante si è solito idealizzarlo come un materiale puro, con un perfetto reticolo di atomi di carbonio. Nel reticolo, invece, sono presenti dei difetti, seppur rari, come i centri "nitrogen vacancy" (NV) in cui, al posto di due atomi di carbonio adiacenti, si trova un atomo di azoto accanto a un posto libero nel reticolo.

Questi difetti sono distribuiti nel volume del diamante (uno ogni miliardo di atomi di carbonio) in modo casuale e hanno proprietà speciali in quanto lo spin dell'elettrone che orbita intorno ai difetti può essere usato come bit quantistico. Un bit quantistico (qubit) può assumere nello stesso momento il valore di 0 e 1, il che permette di aumentare esponenzialmente la velocità di calcolo rispetto a un bit classico degli attuali PC.

Il team composto da Shane Eaton del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, insieme a Belen Sotillo, a Vibhav Bharadwaj, sotto la supervisione di Roberta Ramponi dell'IFN-CNR, è riuscito quindi a mettere in comunicazione diversi centri NV realizzando un vero e proprio circuito quantistico. Hanno partecipato allo studio anche Paul Barclay dell'Università di Calgary, Masaaki Sakakura dell'Università di Kyoto e Maurizio Ferrari dell'IFN-CNR di Trento. Oltre che dal progetto SIR (Scientific Independence of young Researchers) vinto da Shane Eaton per i giovani talenti in Italia, il lavoro è stato finanziato dai progetti Cariplo FemtoDiamante e EU CONCERT-Japan DiamondFab dell'IFN-CNR.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivisita Nature Scientific Reports.

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