Gli ioni Rydberg intrappolati potrebbero essere il prossimo passo verso il ridimensionamento dei computer quantistici a dimensioni in cui possono essere praticamente utilizzabili, un nuovo studio in Natura Spettacoli.

Diversi sistemi fisici possono essere utilizzati per realizzare un computer quantistico. Gli ioni intrappolati che formano un cristallo hanno guidato per anni il campo della ricerca, ma quando il sistema viene scalato fino a grandi cristalli di ioni questo metodo diventa molto lento. Le operazioni aritmetiche complesse non possono essere eseguite abbastanza velocemente prima che le informazioni quantistiche memorizzate decadano.

Un gruppo di ricerca dell'Università di Stoccolma potrebbe aver risolto questo problema utilizzando ioni Rydberg giganti, 100 milioni di volte più grande degli atomi o degli ioni normali. Questi enormi ioni sono altamente interattivi e, perciò, può scambiare informazioni quantistiche in meno di un microsecondo.

"In un senso, Gli ioni Rydberg formano piccole antenne per lo scambio di informazioni quantistiche e consentono quindi di realizzare porte quantistiche particolarmente veloci, quali sono i "mattoni di base" di un computer quantistico, " spiega Markus Hennrich, Dipartimento di Fisica, Università di Stoccolma, e capogruppo del team dell'Università di Stoccolma. "L'interazione tra gli ioni Rydberg non si basa sulle vibrazioni dei cristalli, come con gli ioni intrappolati in forma cristallina, ma sullo scambio di fotoni. La rapida interazione tra gli ioni Rydberg può essere utilizzata per creare entanglement quantistico".

"Abbiamo usato questa interazione per eseguire un'operazione di calcolo quantistico (un cancello impigliante) che è circa 100 volte più veloce di quanto sia tipico nei sistemi a ioni intrappolati, " spiega Chi Zhang, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica, Università di Stoccolma.

Calcoli teorici a sostegno dell'esperimento sono stati condotti da Igor Lesanovsky e Weibin Li all'Università di Nottingham, Regno Unito e Università di Tubinga, Germania.

"Il nostro lavoro teorico ha confermato che non è previsto alcun rallentamento una volta che i cristalli di ioni diventano più grandi, evidenziando la prospettiva di un computer quantistico scalabile, ", afferma Igor Lesanovsky dell'Università di Tubinga.

I computer quantistici sono considerati una delle tecnologie chiave del 21° secolo. Mentre i computer convenzionali funzionano secondo le leggi della fisica classica, I computer quantistici funzionano secondo le regole della meccanica quantistica. La capacità dei quanti entangled di scambiare informazioni senza ritardi li rende molto veloci e potenti. Nel futuro, i computer quantistici potrebbero essere utilizzati ovunque debbano essere risolti calcoli complessi, per esempio nella progettazione di nuovi farmaci o nell'intelligenza artificiale.