I ricercatori del Paul Scherrer Institute (PSI) hanno presentato un piano dettagliato su come creare bit quantistici, qubit, più veloci e meglio definiti. Gli elementi centrali sono atomi magnetici della classe dei cosiddetti metalli delle terre rare, che verrebbe impiantato selettivamente nel reticolo cristallino di un materiale. Ciascuno di questi atomi rappresenta un qubit. I ricercatori hanno dimostrato come questi qubit possono essere attivati, impigliato, usati come bit di memoria, e leggere. Ora hanno pubblicato il loro concetto di design e i calcoli di supporto sulla rivista PRX Quantum.

Sulla strada per i computer quantistici, un requisito iniziale è quello di creare i cosiddetti bit quantistici o 'qubit':bit di memoria che possono, a differenza dei bit classici, assumere non solo i valori binari di zero e uno, ma anche qualsiasi combinazione arbitraria di questi stati. "Con questo, diventa possibile un tipo completamente nuovo di calcolo ed elaborazione dei dati, che per applicazioni specifiche significa un'enorme accelerazione della potenza di calcolo, " spiega il ricercatore del PSI Manuel Grimm, primo autore di un nuovo articolo sul tema dei qubit.

Gli autori descrivono come i bit logici e le operazioni informatiche di base su di essi possono essere realizzati in un solido magnetico:i qubit risiederebbero su singoli atomi della classe degli elementi delle terre rare, incorporato nel reticolo cristallino di un materiale ospite. Sulla base della fisica quantistica, gli autori calcolano che lo spin nucleare degli atomi delle terre rare sarebbe adatto per essere utilizzato come vettore di informazioni, questo è, un qubit. Propongono inoltre che gli impulsi laser mirati potrebbero trasferire momentaneamente le informazioni agli elettroni dell'atomo e quindi attivare i qubit, per cui le loro informazioni diventano visibili agli atomi circostanti. Due di questi qubit attivati ​​comunicano tra loro e quindi possono essere "impigliati". L'entanglement è una proprietà speciale dei sistemi quantistici di più particelle o qubit che è essenziale per i computer quantistici:il risultato della misurazione di un qubit dipende direttamente dai risultati della misurazione di altri qubit, e viceversa.

Più veloce significa meno soggetto a errori

I ricercatori dimostrano come questi qubit possono essere utilizzati per produrre porte logiche, in particolare il "gate NOT controllato" (gate CNOT). Le porte logiche sono gli elementi costitutivi di base che i computer classici utilizzano anche per eseguire i calcoli. Se vengono combinate un numero sufficiente di porte CNOT di questo tipo e porte a qubit singolo, ogni operazione di calcolo immaginabile diventa possibile. Costituiscono quindi la base per i computer quantistici.

Questo documento non è il primo a proporre porte logiche basate sui quanti. "Il nostro metodo per attivare e intrappolare i qubit, però, ha un vantaggio decisivo rispetto a precedenti proposte comparabili:è almeno dieci volte più veloce, " dice Grimm. Il vantaggio, anche se, non è solo la velocità con cui un computer quantistico basato su questo concetto potrebbe calcolare; soprattutto, affronta la suscettibilità del sistema agli errori. "I qubit non sono molto stabili. Se i processi di entanglement sono troppo lenti, c'è una maggiore probabilità che alcuni qubit perdano le loro informazioni nel frattempo, " spiega Grimm. Alla fine, quello che i ricercatori del PSI hanno scoperto è un modo per rendere questo tipo di computer quantistico non solo almeno dieci volte più veloce di sistemi comparabili, ma anche meno soggetto a errori per lo stesso fattore.