Scienziati e ingegneri dell'Università di Sydney e di Microsoft Corporation hanno aperto il prossimo capitolo della tecnologia quantistica con l'invenzione di un singolo chip in grado di generare segnali di controllo per migliaia di qubit, gli elementi costitutivi dei computer quantistici.
"Per realizzare il potenziale del calcolo quantistico, le macchine dovranno operare migliaia se non milioni di qubit", ha detto il professor David Reilly, un progettista del chip che detiene una posizione congiunta con Microsoft e l'Università di Sydney. "I più grandi computer quantistici del mondo attualmente funzionano con solo 50 qubit circa", ha detto. "Questa piccola scala è dovuta in parte ai limiti dell'architettura fisica che controlla i qubit. Il nostro nuovo chip mette fine a questi limiti".
La maggior parte dei sistemi quantistici richiede bit quantistici, o qubit, per operare a temperature vicine allo zero assoluto (-273,15 gradi). Questo per evitare che perdano la loro "quantumzza", il carattere di materia o luce di cui i computer quantistici hanno bisogno per eseguire i loro calcoli specializzati. Affinché i dispositivi quantistici possano fare qualcosa di utile, hanno bisogno di istruzioni. Ciò significa inviare e ricevere segnali elettronici da e verso i qubit. Con l'attuale architettura quantistica, ciò comporta l'uso di molti fili.
"Le macchine attuali creano una bella serie di fili per controllare i segnali e sono fondamentalmente poco pratici. Significa che non possiamo scalare le macchine per eseguire calcoli utili. C'è un vero collo di bottiglia input-output", ha detto il professor Reilly, anche lui capo investigatore presso l'ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS). Kushal Das, un inventore congiunto del chip, ha dichiarato: "Il nostro dispositivo elimina tutti quei cavi. Con solo due fili che trasportano informazioni come input, può generare segnali di controllo per migliaia di qubit. "Questo cambia tutto per l'informatica quantistica".
Il chip di controllo è stato sviluppato presso i Microsoft Quantum Laboratories dell'Università di Sydney, una partnership unica nel settore e accademico che sta cambiando il modo in cui gli scienziati affrontano le sfide ingegneristiche. "Costruire un computer quantistico è forse il compito ingegneristico più impegnativo del 21° secolo. Questo non può essere raggiunto lavorando con un piccolo team in un laboratorio universitario in un singolo paese, ma ha bisogno della scala offerta da un gigante tecnologico globale come Microsoft ", ha detto il professor Reilly.
"Attraverso la nostra partnership con Microsoft, non abbiamo solo suggerito un'architettura teorica per superare il collo di bottiglia input-output, l'abbiamo costruita. "Lo abbiamo dimostrato progettando un chip di silicio personalizzato e accoppiandolo a un sistema quantistico", ha detto. "Sono fiducioso di dire che questo è il circuito integrato più avanzato mai costruito per funzionare a temperature criogeniche profonde".
Se realizzati, i computer quantistici promettono di rivoluzionare la tecnologia dell'informazione risolvendo problemi che vanno oltre lo scopo dei computer classici in campi diversi come la crittografia, la medicina, la finanza, l'intelligenza artificiale e la logistica. I computer quantistici sono in una fase simile a quella dei computer classici nel 1940. Macchine come ENIAC, il primo computer elettronico al mondo, richiedevano stanze di sistemi di controllo per ottenere qualsiasi funzione utile. Ci sono voluti decenni per superare le sfide scientifiche e ingegneristiche che ora consentono a miliardi di transistor di adattarsi al tuo telefono cellulare. "La nostra industria sta affrontando sfide forse ancora più grandi per portare l'informatica quantistica oltre lo stadio ENIAC", ha detto il professor Reilly.