Immagina di essere bloccato all'interno di un labirinto e di voler trovare una via d'uscita. Come procederesti? La risposta è per tentativi ed errori. È così che operano i computer tradizionali con algoritmi classici per trovare la soluzione a un problema complesso. Ora considera questo:cosa succede se, per magia, sei riuscito a clonarti in più versioni in modo da poter percorrere tutti i vari percorsi contemporaneamente? Troverai l'uscita quasi istantaneamente.

Si scopre che non stiamo parlando di magia, stiamo parlando di particelle atomiche e subatomiche. un elettrone, ad esempio, può essere in più posti contemporaneamente. Questo è un principio fondamentale della natura noto nella meccanica quantistica come principio di sovrapposizione.

Ora, immagina se sfruttiamo questo principio e lo applichiamo ai nostri simulatori e computer classici. Immagina quanto saremmo notevolmente più efficienti nell'elaborazione delle informazioni!

Questo è il principio alla base dei computer quantistici e dei simulatori quantistici. In sostanza, i computer quantistici utilizzano la capacità delle particelle subatomiche di esistere in più di un luogo contemporaneamente.

I simulatori quantistici non sono solo buoni per l'efficienza nei tempi di elaborazione, ma sono la scelta "naturale" per simulare sistemi semplici e complessi in natura. Questa è una diretta conseguenza del fatto che la natura è in definitiva governata dalle leggi della meccanica quantistica.

I simulatori quantistici ci forniscono un'eccellente opportunità per simulare aspetti fondamentali della natura e comprenderne le dinamiche nascoste senza nemmeno esaminare le complessità derivanti dalle varie particelle e dalle loro interazioni. È proprio questo il motivo alla base della ricerca del professor Ebrahim Karimi e del suo team.

Il team di Karimi simula strutture periodiche e chiuse in natura, come molecole a forma di anello e reticoli cristallini, invocando le proprietà quantomeccaniche della luce. I risultati possono aiutarci a comprendere le dinamiche coinvolte in tali sistemi e ad aprire la possibilità di sviluppare computer quantistici efficienti basati sulla fotonica.

Il team di Karimi ha costruito e gestito con successo il primo simulatore quantistico progettato specificamente per la simulazione di sistemi ciclici (a forma di anello). Un simulatore quantistico simula un sistema quantistico. Il team ha utilizzato il quanto di luce (fotone) per simulare il movimento quantistico degli elettroni all'interno di anelli costituiti da un numero diverso di atomi. I risultati dell'esperimento hanno rivelato che la fisica dei sistemi a forma di anello è fondamentalmente diversa da quella di quelli a forma di linea.

Così facendo, il team ha stabilito una potente tecnica sperimentale per simulare un'ampia classe di sistemi atomici e ha aperto una nuova finestra per esplorare molte opportunità derivanti dal suo lavoro.

"Prevediamo che, in un breve lasso di tempo, la nostra ricerca avrà un impatto molto ampio in varie discipline, dalla medicina all'informatica, dalla chimica organica e dalla biologia alla scienza dei materiali e alla fisica fondamentale, "dice il dottor Farshad Nejadsattari, uno dei borsisti post-dottorato di Karimi, che faceva parte del progetto.

In un simulatore quantistico, una particella quantistica che può essere facilmente controllata ed è fisicamente ben compresa (nel nostro caso una particella di luce, un fotone) può propagarsi all'interno di un sistema progettato per essere simile a quello che viene simulato.

Alcune scoperte interessanti di questo esperimento includono la ricerca di modi specifici per distribuire la particella sull'anello in modo tale che la distribuzione non cambi mai mentre la particella si propaga, e trovando anche casi in cui la particella prima si diffonde sull'anello e poi riemerge nel punto in cui era stata inizialmente collocata. Questo non è mai stato visto sperimentalmente in nessun simulatore quantistico.

Con le tecniche di simulazione quantistica che diventano più mature e complesse, sintetizzare nuovi materiali, prodotti chimici e lo sviluppo di farmaci saranno notevolmente semplificati. Il simulatore quantistico ti aiuterà a fornire tutte le informazioni di cui hai bisogno in un batter d'occhio.