I computer quantistici attingono allo strano mondo della fisica quantistica per eseguire calcoli molto più velocemente di quanto i computer tradizionali possano fare. Dove le macchine esistenti memorizzano ed elaborano le informazioni in bit, come uno e zero, i computer quantistici usano qubit, che possono esistere come uno, zero o una sovrapposizione di uno e zero allo stesso tempo. Ciò significa che la loro potenza aumenta in modo esponenziale con ogni qubit aggiunto, consentendo loro di affrontare problemi al di là della portata dei computer classici.
Naturalmente, i computer quantistici hanno le loro sfide da affrontare. Per prima cosa, gli effetti quantistici sono sensibili a disturbi come vibrazioni o calore, quindi i computer quantistici devono essere mantenuti a temperature che si avvicinano allo zero assoluto. Pertanto, diventano fisicamente più grandi e più ingombranti man mano che viene aggiunta più potenza di elaborazione.
Ma il team di Stanford sostiene che il loro nuovo design è molto semplice. Si tratta di un circuito fotonico realizzato utilizzando alcuni componenti già disponibili, un cavo in fibra ottica, uno splitter a fascio, due interruttori ottici e una cavità ottica e può ridurre il numero di porte logiche fisiche necessarie.
Il nuovo design è composto da due parti principali: un anello che memorizza i fotoni e un'unità di dispersione. I fotoni rappresentano i qubit, con la direzione in cui viaggiano intorno all'anello che determina se il loro valore è uno o zero, o entrambi se viaggia in entrambe le direzioni contemporaneamente grazie alle stranezze della sovrapposizione quantistica.
Per codificare le informazioni sui fotoni, il sistema può indirizzarli fuori dall'anello nell'unità di scattering, dove entrano in una cavità contenente un singolo atomo. Quando il fotone interagisce con l'atomo, si aggancia, in uno stato quantistico in cui le due particelle non possono più essere descritte separatamente e le modifiche apportate a una influenzeranno il suo partner, indipendentemente da quanto grande sia la distanza che le separa.
In pratica, dopo che il fotone è stato restituito all'anello di stoccaggio, può essere "scritto" manipolando l'atomo con un laser. Il team afferma che l'atomo può essere ripristinato e riutilizzato, manipolando molti fotoni diversi in un unico anello. Ciò significa che la potenza del computer quantistico può essere aumentata aggiungendo più fotoni all'anello, piuttosto che dover aggiungere più anelli e unità di scattering.
"Misurando lo stato dell'atomo, è possibile teletrasportare le operazioni sui fotoni", afferma Bartlett. "Quindi abbiamo solo bisogno dell'unico qubit atomico controllabile e possiamo usarlo come proxy per manipolare indirettamente tutti gli altri qubit fotonici".
È importante sottolineare che questo sistema dovrebbe essere in grado di eseguire una certa varietà di operazioni quantistiche. Il team afferma che diversi programmi possono essere eseguiti sullo stesso circuito, scrivendo nuovo codice per cambiare il come e il quando l'atomo e i fotoni interagiscono.