Supremazia Quantistica: Cristalli del Tempo per Qubit Stabili
La corsa verso la supremazia quantistica si rivela un labirinto di sfide, tra cui un enigma che sembra uscito da una fiaba: come trasportare una nuvola senza cambiarne la forma? La soluzione potenziale suona quasi tanto fantastica quanto il problema stesso. Si potrebbe guidare la nuvola a danzare mentre viaggia, al ritmo di un materiale unico conosciuto come cristallo del tempo.
Krzysztof Giergiel e Krzysztof Sacha dell’Università Jagellonica in Polonia e Peter Hannaford della Swinburne University of Technology in Australia propongono un nuovo tipo di circuito temporale che potrebbe preservare gli stati nebulosi dei qubit mentre attraversano le tempeste della logica quantistica.
La Nebbia dei Qubit: Un Universo di Possibilità
A differenza delle descrizioni degli oggetti con posizioni e movimenti chiaramente definiti, una prospettiva quantistica di una stessa particella descrive caratteristiche come la sua posizione, il momento e lo spin come un’incertezza di probabilità.
Questa “nuvola” di possibilità è meglio compresa quando è isolata. Una volta che la particella interagisce con l’ambiente, la sua diffusione di possibilità cambia, simile alle probabilità di una corsa dei 100 metri alle Olimpiadi, fino a quando infine viene osservato solo un risultato.
Così come un computer classico può utilizzare gli stati binari delle particelle come interruttori “on-off” nei gate logici, i computer quantistici possono teoricamente sfruttare la diffusione di incertezze in una particella per risolvere rapidamente i propri algoritmi, molti dei quali sarebbero impraticabili o addirittura impossibili da risolvere nel modo tradizionale.
La sfida sta nel preservare la coerenza di quella nuvola quantistica di possibilità – denominata qubit – per il più lungo tempo possibile. Ogni urto, ogni brezza elettromagnetica aumenta il rischio di errori che compromettono il processo di calcolo.
I Cristalli del Tempo: Conducenti di un’Orchestra Quantistica
I fisici Giergiel, Sacha e Hannaford hanno proposto un nuovo approccio che trasforma i computer quantistici in una sinfonia di qubit guidata dal bastone di un direttore molto strano.
I cristalli del tempo sono materiali che si trasformano in pattern ripetuti nel tempo. Teorizzati come curiosità poco più di un decennio fa, versioni di questi sistemi “ticchettanti” sono stati sviluppati utilizzando il lieve impulso di un laser e cluster ultrabassi di atomi, dove scoppi di luce mandano particelle in oscillazioni periodiche che sfidano il timing del laser.
In un articolo disponibile sul server pre-peer review arXiv, il trio di fisici propone di utilizzare la periodicità unica di un cristallo del tempo come base per una nuova tipologia di circuitazione “time-tronics”. Utilizzata per guidare le delicate onde di un vasto numero di qubit carichi di informazioni, questa periodicità potrebbe aiutare a ridurre le collisioni accidentali responsabili di molti errori.
Un circuito temporale di qubit in continua deriva renderebbe più semplice indirizzare praticamente qualsiasi particella del computer sul percorso di un’altra, intrecciando le loro possibilità quantistiche in modi utili anziché introdurre errori.
Mentre la proposta rimane puramente teorica, il team ha dimostrato come la fisica di gruppi di ioni di potassio raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto e guidati da impulsi laser potrebbe fornire un “orchestra” per far danzare i qubit.
Tradurre l’idea in un computer quantistico pratico su larga scala richiederebbe anni di innovazione e sperimentazione, se funzionasse del tutto. Tuttavia, ora che sappiamo che almeno alcuni tipi di cristalli del tempo esistono e possono essere utilizzati per scopi pratici, la sfida di trasportare una nuvola potrebbe non essere più una quest così fiabesca. Questo studio è disponibile sul server pre-peer review arXiv.