Sebastian Krinner è il primo vincitore del Premio Lopez-Loreta all'ETH di Zurigo. Il fisico ha un obiettivo chiaro:vuole costruire un computer quantistico che non sia solo potente, ma funziona anche senza errori.

"Qui, in fondo a questo contenitore bianco, sono i circuiti, " spiega Sebastian Krinner con evidente orgoglio, dopo aver guidato il visitatore attraverso l'ampia sala ricca di apparecchiature ad alta tecnologia. Il fisico ha organizzato il suo esperimento nel retro del Quantum Device Lab e probabilmente trascorrerà qui innumerevoli ore di lavoro nei prossimi anni. Dopotutto, quest'anno Krinner è il primo destinatario del prestigioso Premio Lopez-Loreta, che gli consentirà di portare avanti il ​​suo progetto all'ETH di Zurigo nei prossimi anni.

Stati quantistici sensibili

Krinner sta perseguendo un'impresa ambiziosa. In qualità di scienziato senior nel gruppo di ricerca di Andreas Wallraff, mira a portare lo sviluppo dei computer quantistici un ulteriore passo avanti. "Quando si tratta di computer quantistici, l'obiettivo è solitamente quello di controllare il maggior numero possibile di qubit, " spiega. "Tuttavia, le persone spesso dimenticano che i qubit non funzionano perfettamente come vettori di informazioni quantistiche." I fragili stati quantistici possono essere interrotti abbastanza facilmente, consentendo imprecisioni e informazioni errate di insinuarsi nei calcoli.

Quindi, come si può mantenere questo tasso di errore il più basso possibile? Krinner mira a dimostrare che questo può essere ottenuto con l'aiuto di qubit logici. Un qubit logico comprende più qubit interconnessi che lavorano insieme come un singolo qubit, ma in modo più stabile e quindi meno incline all'errore.

Configurazione sperimentale complessa

Però, questo è più facile a dirsi che a farsi. Primo, i singoli qubit devono già avere un alto livello di affidabilità prima di poter essere interconnessi. Se hanno un tasso di errore superiore all'uno per cento, la connessione a un qubit logico è in realtà controproducente:il tasso di errore aumenterebbe invece di diminuire. Inoltre, i qubit devono essere collegati in uno spazio molto piccolo. Il controllo degli elementi quantomeccanici piatti diventa quindi molto più impegnativo.

Krinner sta attualmente lavorando per collegare alcuni qubit ai qubit logici e verificarne sperimentalmente il comportamento. Nel contenitore bianco, il cuore del suo sistema di test, i qubit vengono raffreddati a temperature inimmaginabilmente basse di pochi millikelvin - in altre parole, quasi allo zero assoluto. Collegato a una costruzione dall'aspetto futuristico e controllato tramite numerosi cavi coassiali sottili, i qubit vengono quindi interconnessi meccanicamente quantisticamente nella forma desiderata.

Una visione chiara

Il mondo della fisica quantistica ha affascinato Krinner da quando ha iniziato a studiare fisica a Ratisbona e Parigi. È stato in grado di lavorare con un'ampia varietà di sistemi durante la sua permanenza all'ETH. In qualità di dottorando sotto Tilman Esslinger, ha lavorato con atomi ultrafreddi come oggetti di meccanica quantistica che vengono catturati e raffreddati in trappole laser. Sotto Wallraff, ora lavora con circuiti superconduttori, che è in grado di esporre sulla sua scrivania a scopo dimostrativo. "C'è molto da fare in questo tipo di lavoro, " spiega Krinner. "Mi piace molto la varietà." Dal lavoro teorico alla pianificazione e realizzazione di esperimenti, così come la costruzione di test sperimentali complessi e la fabbricazione di circuiti meccanici quantistici nel laboratorio della camera bianca, la gamma di compiti che il ricercatore deve padroneggiare è ampia.

Ma Krinner ha una visione chiara:se lo sviluppo dei qubit logici procede come previsto, mira a incorporarli in un computer quantistico più potente per la seconda parte del suo progetto. "I computer quantistici hanno un grande potenziale tecnico, poiché sono in grado di risolvere compiti computazionali complessi e dispendiosi in termini di tempo in modo molto più efficiente rispetto ai computer convenzionali, " spiega Krinner. "Sono anche molto fonte di ispirazione dal punto di vista scientifico, poiché lo sviluppo di queste macchine ci fornisce molte nuove intuizioni su come funziona la fisica in questi campi." Tuttavia, Krinner ha ancora molte basi da fare prima di poter dare vita alla sua visione. Ancora, il Premio Lopez-Loreta gli dà l'opportunità di nominare due dottorandi per dare un ulteriore impulso al suo progetto.