Il computer quantistico di Innsbruck memorizza le informazioni in singoli atomi di calcio intrappolati, ognuno dei quali ha otto stati, di cui gli scienziati hanno utilizzato fino a sette per il calcolo. Credito:Uni Innsbruck/Harald Ritsch
Tutti impariamo fin dall'inizio che i computer funzionano con zeri e uno, noti anche come informazioni binarie. Questo approccio ha avuto un tale successo che i computer ora alimentano qualsiasi cosa, dalle macchine da caffè alle auto a guida autonoma, ed è difficile immaginare una vita senza di loro.
Basandosi su questo successo, anche i computer quantistici di oggi sono progettati pensando all'elaborazione di informazioni binarie. "I mattoni dei computer quantistici, tuttavia, non sono solo zero e uno", spiega Martin Ringbauer, un fisico sperimentale di Innsbruck, in Austria. "Limitarli ai sistemi binari impedisce a questi dispositivi di essere all'altezza del loro vero potenziale."
Il team guidato da Thomas Monz presso il Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck, è ora riuscito a sviluppare un computer quantistico in grado di eseguire calcoli arbitrari con le cosiddette cifre quantistiche (qubit), sbloccando così più potenza di calcolo con meno particelle quantistiche. Il loro studio è pubblicato su Nature Physics .
I sistemi quantistici sono diversi
Sebbene memorizzare le informazioni in zeri e uno non sia il modo più efficiente per eseguire calcoli, è il modo più semplice. Semplice spesso significa anche affidabile e robusto, quindi le informazioni binarie sono diventate lo standard incontrastato per i computer classici.
Nel mondo quantistico, la situazione è completamente diversa. Nel computer quantistico di Innsbruck, ad esempio, le informazioni vengono memorizzate in singoli atomi di calcio intrappolati. Ciascuno di questi atomi ha naturalmente otto stati diversi, di cui in genere solo due vengono utilizzati per memorizzare informazioni. In effetti, quasi tutti i computer quantistici esistenti hanno accesso a più stati quantistici di quanti ne utilizzino per il calcolo.
Il fisico quantistico Martin Ringbauer nel suo laboratorio. Credito:Uni Innsbruck
Un approccio naturale per hardware e software
I fisici di Innsbruck hanno ora sviluppato un computer quantistico in grado di sfruttare tutto il potenziale di questi atomi, calcolando con i qubit. Contrariamente al caso classico, l'utilizzo di più stati non rende il computer meno affidabile. "I sistemi quantistici hanno naturalmente più di due soli stati e abbiamo dimostrato che possiamo controllarli tutti ugualmente bene", afferma Thomas Monz.
D'altra parte, molti dei compiti che richiedono computer quantistici, come problemi di fisica, chimica o scienze dei materiali, sono anche espressi naturalmente nel linguaggio qudit. Riscriverli per i qubit può spesso renderli troppo complicati per i computer quantistici di oggi. "Lavorare con più di zero e uno è molto naturale, non solo per il computer quantistico ma anche per le sue applicazioni, permettendoci di sbloccare il vero potenziale dei sistemi quantistici", spiega Martin Ringbauer. + Esplora ulteriormente
