Il mondo dell'informatica quantistica ha appena compiuto un balzo in avanti che potrebbe segnare l'inizio di una nuova era tecnologica. Un team di ricercatori di Harvard, in collaborazione con il MIT, è riuscito a sviluppare un sistema quantistico da 3.000 qubit capace di operare ininterrottamente per oltre due ore, superando uno dei principali ostacoli che fino ad oggi ha limitato lo sviluppo di questi computer rivoluzionari. Il risultato, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, rappresenta non solo un record in termini di dimensioni e durata, ma soprattutto una soluzione concreta a quello che gli esperti chiamano "atom loss", il problema della perdita di informazioni quantistiche durante i calcoli.
Il fenomeno della perdita atomica: un nemico invisibile
Per comprendere l'importanza di questa scoperta, bisogna prima capire cosa rende i computer quantistici così potenti ma allo stesso tempo così fragili. A differenza dei computer tradizionali che codificano le informazioni in bit con valori binari (0 o 1), i computer quantistici utilizzano particelle subatomiche che sfruttano le proprietà controintuitive della fisica quantistica. I qubit possono essere contemporaneamente zero, uno o entrambi, creando una combinazione lineare di ampiezze che costituisce la chiave della potenza del calcolo quantistico.
Il problema principale che ha tormentato gli scienziati è stato quello della "fuga degli atomi": i qubit tendono a perdere le loro informazioni codificate, costringendo i ricercatori a interrompere continuamente gli esperimenti per ricaricare il sistema. Questa limitazione ha reso impossibile sviluppare macchine quantistiche in grado di operare per periodi prolungati, un requisito fondamentale per applicazioni pratiche.
La soluzione: nastri trasportatori di luce laser
Il team guidato da Mikhail Lukin, professore dell'Università di Harvard e co-direttore della Quantum Science and Engineering Initiative, ha ideato un sistema ingegnoso per rifornire continuamente i qubit utilizzando quello che loro chiamano "nastri trasportatori a reticolo ottico". Si tratta di onde laser che trasportano atomi neutri, combinati con "pinzette ottiche" - fasci laser che afferrano singoli atomi e li dispongono in array simili a griglie.
Elias Trapp, co-autore dello studio e dottorando alla Kenneth C. Griffin School of Arts and Sciences, spiega: "Stiamo mostrando un modo per inserire nuovi atomi mentre perdiamo naturalmente quelli esistenti, senza distruggere le informazioni già presenti nel sistema. Questo risolve davvero il collo di bottiglia fondamentale della perdita atomica."
Un primato che apre nuovi orizzonti
Il nuovo sistema non solo ha operato per più di due ore consecutive, ma in teoria potrebbe continuare indefinitamente. Durante questo periodo, oltre 50 milioni di atomi sono transitati attraverso il sistema, dimostrando la robustezza e l'affidabilità della tecnologia sviluppata. Come sottolinea Lukin: "Questo nuovo tipo di operazione continua del sistema, che include la capacità di sostituire rapidamente i qubit persi, può essere più importante in pratica del numero specifico di qubit."
Il confronto con altri sviluppi recenti nel campo evidenzia l'unicità di questo risultato. Proprio questa settimana, un team del Caltech ha pubblicato i risultati di un sistema da 6.100 qubit, ma che è riuscito a funzionare per meno di 13 secondi. La differenza non sta solo nei numeri, ma nell'approccio: mentre altri si concentrano sulla quantità, il team di Harvard-MIT ha puntato sulla continuità operativa.
Verso computer quantistici "viventi"
La ricerca ha prodotto anche altri due studi pubblicati contemporaneamente su Nature, che dimostrano architetture quantistiche riconfigurabili e nuovi metodi per la correzione degli errori. In particolare, il sistema sviluppato consente di modificare la connettività del processore durante il processo di calcolo stesso, una caratteristica che Lukin descrive poeticamente: "Possiamo letteralmente riconfigurare il computer atomico quantistico mentre è in funzione. Fondamentalmente, il sistema diventa un organismo vivente."
Neng-Chun Chiu, autore principale dello studio e dottorando di fisica a Harvard, riassume così l'unicità del loro approccio: "Quello che ci fa davvero distinguere è la combinazione di tre elementi: la scala, la preservazione delle informazioni quantistiche e la velocità sufficiente per essere utile."
Le prospettive future: miliardi di operazioni per giorni interi
Con questo nuovo corpus di ricerche, Lukin ritiene che sia ora possibile immaginare computer quantistici capaci di eseguire miliardi di operazioni e continuare a funzionare per giorni interi. "Realizzare questo sogno è ora alla nostra portata diretta per la prima volta, mai prima d'ora", afferma con entusiasmo. "Si può davvero vedere un percorso molto diretto per realizzarlo."
Le implicazioni di questa tecnologia vanno ben oltre il mondo accademico. I computer quantistici di grandi dimensioni potrebbero rivoluzionare campi come la medicina, la finanza, la crittografia e la ricerca scientifica. Per dare un'idea del potenziale: una macchina con soli 300 qubit potrebbe teoricamente immagazzinare simultaneamente più informazioni del numero di particelle nell'universo conosciuto.
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