“Benché la meccanica quantistica sia in buon accordo con l’esperimento che ci abbia dischiuso un aspetto qualitativamente nuovo del mondo, non si può mai affermare di una teoria che è stata dimostrata dall’esperienza, ma soltanto che il miglior compendio dell’esperienza che si conosca.”
— John von Neumann
Un passo avanti nella ricerca dei computer quantistici: nuovi materiali per qubit più duraturi. Negli ultimi anni, la corsa per sviluppare computer quantistici sempre più potenti e stabili ha portato alla scoperta di nuovi materiali che potrebbero allungare la vita dei qubit, le unità fondamentali di informazione quantistica. Questi materiali promettenti stanno affrontando la sfida dell’eliminazione degli errori nei computer quantistici, aprendo la strada a una nuova era di calcolo avanzato. In questo articolo, esploreremo la scoperta e i test sui computer quantistici commerciali, nonché l’importanza dei qubit nella manipolazione delle informazioni quantistiche. Inoltre, discuteremo i risultati significativi nello studio della decoerenza e delle perdite nei qubit, che potrebbero portare a un futuro più brillante per i computer quantistici.
Nuovi materiali per allungare la vita dei qubit
La ricerca nel campo dei computer quantistici sta facendo importanti progressi grazie alla scoperta di nuovi materiali che promettono di allungare la vita dei qubit. I qubit, o bit quantistici, sono l’equivalente quantistico dei bit classici e sono fondamentali per la manipolazione delle informazioni in un computer quantistico. Tuttavia, uno dei principali ostacoli nello sviluppo di computer quantistici stabili è rappresentato dalla loro durata limitata a causa della decoerenza e delle perdite di informazioni. I ricercatori stanno ora concentrando i loro sforzi nello studio e nella sperimentazione di nuovi materiali che possano mantenere i qubit in uno stato coerente per periodi di tempo più lunghi. Questa scoperta potrebbe aprire la strada a nuove possibilità nel campo della computazione quantistica, consentendo la creazione di computer più potenti e stabili.
a Layout del chip a 8 qubit composto da tre diverse geometrie. b Immagine al microscopio elettronico a scansione in campo scuro a basso ingrandimento (ADF-STEM) presa da una sezione trasversale di un qubit Nb transmon in cui il film di Nb è ricoperto da uno strato metallico di Ta. c Schema di cablaggio criogenico. d, e Schema degli impulsi per la caratterizzazione e i grafici. d Impulso per l’esperimento Rabi usato per calibrare gli impulsi π. e Impulso per l’esperimento T1.
La sfida dell’eliminazione degli errori nei computer quantistici
La sfida dell’eliminazione degli errori nei computer quantistici rappresenta uno dei principali ostacoli nella ricerca di computer quantistici stabili e affidabili. Gli errori nei qubit, le unità di informazione quantistica, possono essere causati da molteplici fattori, come il rumore ambientale o la decoerenza, che ne limitano la durata e l’accuratezza. Per superare questa sfida, i ricercatori si stanno concentrando sulla sviluppo di nuovi metodi per controllare e correggere gli errori nei qubit. Tra le soluzioni proposte vi sono l’utilizzo di codici di correzione degli errori, che permettono di rilevare e correggere gli errori in modo efficiente, e l’impiego di materiali più resistenti alla decoerenza. L’eliminazione degli errori nei computer quantistici è fondamentale per garantire la stabilità delle informazioni quantistiche e per poter sfruttare appieno il potenziale dei computer quantistici nelle applicazioni future.
La scoperta e i test sui computer quantistici commerciali
La scoperta e i test sui computer quantistici commerciali rappresentano un passo fondamentale nella ricerca dei computer quantistici. Negli ultimi anni, sono stati compiuti notevoli progressi nella realizzazione di computer quantistici commerciali, che potrebbero rivoluzionare il settore dell’informatica. Questi computer sfruttano i qubit, unità di informazione quantistica, per eseguire calcoli molto più velocemente rispetto ai tradizionali computer basati su bit classici. La loro potenza di calcolo potrebbe aprire nuove strade nell’affrontare problemi complessi come la simulazione molecolare, l’ottimizzazione dei processi industriali e la crittografia avanzata. I test condotti su questi computer hanno dimostrato risultati promettenti, ma sono ancora necessari ulteriori sviluppi per migliorare la stabilità dei qubit e ridurre gli errori dovuti alla decoerenza e alle perdite. Tuttavia, l’avanzamento nella ricerca dei computer quantistici commerciali rappresenta un importante traguardo nella corsa verso l’elaborazione delle informazioni quantistiche.
Sono presentati gli ossidi per (a) Nb rivestito di Al, (b) Nb rivestito di TiN, (c) Nb di base e (d) qubit Nb rivestiti di Ta preparati su zaffiro. Sono presentate anche immagini simili degli ossidi di superficie per (e) qubit Nb di base e (f) Nb con tappo di Ta preparati su silicio.
L’importanza dei qubit nella manipolazione delle informazioni quantistiche
I qubit, o bit quantistici, sono elementi fondamentali per la manipolazione delle informazioni quantistiche. A differenza dei tradizionali bit classici, i qubit possono rappresentare sia uno stato di 0 che di 1 contemporaneamente, grazie a un fenomeno chiamato sovrapposizione quantistica. Questa caratteristica consente ai computer quantistici di eseguire calcoli estremamente complessi in modo molto più efficiente rispetto ai computer classici. Inoltre, i qubit possono essere correlati tra loro attraverso un fenomeno chiamato entanglement quantistico, il che significa che lo stato di un qubit può influenzare istantaneamente lo stato di un altro qubit. Questa proprietà è cruciale per l’implementazione di algoritmi quantistici potenti, come l’algoritmo di Shor per fattorizzare numeri interi e l’algoritmo di Grover per la ricerca non strutturata. L’importanza dei qubit nella manipolazione delle informazioni quantistiche è quindi fondamentale per lo sviluppo dei computer quantistici e delle tecnologie future basate sulla meccanica quantistica.
Risultati significativi nello studio della decoerenza e delle perdite nei qubit
Risultati significativi nello studio della decoerenza e delle perdite nei qubit stanno aprendo nuove strade nella ricerca dei computer quantistici. La decoerenza, ovvero la perdita di informazioni e coerenza dei qubit, rappresenta una delle principali sfide nell’implementazione pratica di questi dispositivi. Gli scienziati stanno dedicando sforzi considerevoli per comprendere i meccanismi alla base di questo fenomeno e sviluppare strategie per mitigarne gli effetti. Recenti ricerche hanno portato a importanti risultati in questo ambito, evidenziando l’importanza di materiali innovativi e tecniche di isolamento per ridurre le perdite e prolungare la vita dei qubit. Questi progressi rappresentano un passo avanti cruciale verso la realizzazione di computer quantistici più stabili ed efficienti, aprendo la strada a nuove possibilità nel campo dell’elaborazione delle informazioni quantistiche.
a confronto del T1 delle cinque serie di dispositivi qubit preparati su substrati di zaffiro. Tutti e quattro i qubit Nb/Ta sul chip mostrano T1 > 100 μs, mentre il T1 più grande misurato per i qubit di controllo Nb è di ~ 50 μs. Le caselle indicano il 25° percentile e il 75° percentile della distribuzione delle misure nel corso di 10 ore di misurazioni consecutive. La linea all’interno di ogni casella rappresenta il valore mediano. Le barre di errore rappresentano l’intervallo di confidenza del 95% e i cerchi rappresentano i valori anomali. b Valori di T1 misurati per dispositivi di prova fabbricati su substrati di silicio. Si osserva un chiaro miglioramento in termini di valore mediano di T1 dopo il rivestimento superficiale di Nb con Ta. c Dipendenza della deviazione standard di T1, σT1, dalla media di T1, μT1. I diversi colori corrispondono ai diversi gruppi di incapsulamento mostrati in (a). d T1 migliore = 198 μs. e Statistiche per T1 misurati consecutivamente su 10 ore, il T1 medio (μT1) è 161 μs e la deviazione standard (σT1) è 15 μs. La stella indica l’iterazione che ha prodotto il miglior T1 (vedere (d) per la curva di decadimento). f Istogramma dei valori di T1 in (e), con un adattamento gaussiano.
Bal, M., Murthy, A.A., Zhu, S. et al. Systematic improvements in transmon qubit coherence enabled by niobium surface encapsulation. npj Quantum Inf 10, 43 (2024). https://doi.org/10.1038/s41534-024-00840-x
In conclusione…
La ricerca dei computer quantistici e dei materiali per i qubit più duraturi sta facendo importanti progressi. Gli scienziati stanno studiando nuovi materiali che possano allungare la vita dei qubit, cercando di eliminare gli errori e migliorare la manipolazione delle informazioni quantistiche. I test sui computer quantistici commerciali stanno offrendo risultati significativi nella comprensione della decoerenza e delle perdite nei qubit. Tuttavia, nonostante questi progressi, resta ancora molto da fare per rendere i computer quantistici una realtà pratica e accessibile a tutti. Sono necessarie ulteriori ricerche e sviluppi per superare le sfide tecniche e sfruttare appieno il potenziale della computazione quantistica. Inoltre, è importante considerare anche gli aspetti etici e di sicurezza legati a questa tecnologia emergente. La strada verso i computer quantistici funzionanti è ancora lunga, ma i risultati finora ottenuti ci fanno sperare in un futuro in cui potremo sfruttare appieno le potenzialità della computazione quantistica.
