Creare un computer quantistico abbastanza potente da affrontare problemi che non possiamo risolvere con i computer attuali rimane una grande sfida per i fisici quantistici. Un simulatore quantistico ben funzionante, un tipo specifico di computer quantistico, potrebbe portare a nuove scoperte su come funziona il mondo su scala più piccola.
La scienziata quantistica Natalia Chepiga della Delft University of Technology ha sviluppato una guida su come aggiornare queste macchine in modo che possano simulare sistemi quantistici ancora più complessi. Lo studio è ora pubblicato in Physical Review Letters .
"La creazione di utili computer quantistici e simulatori quantistici è uno degli argomenti più importanti e dibattuti nella scienza quantistica oggi, con il potenziale per rivoluzionare la società", afferma la ricercatrice Natalia Chepiga. I simulatori quantistici sono un tipo di computer quantistico. Chepiga spiega:"I simulatori quantistici hanno lo scopo di affrontare i problemi aperti della fisica quantistica per spingere ulteriormente la nostra comprensione della natura. I computer quantistici avranno ampie applicazioni in varie aree della vita sociale, ad esempio nella finanza, nella crittografia e nell'archiviazione dei dati."
"Un ingrediente chiave di un utile simulatore quantistico è la possibilità di controllarlo o manipolarlo", afferma Chepiga. "Immagina un'auto senza volante. Può solo andare avanti ma non può girare. È utile? Solo se devi andare in una direzione particolare, altrimenti la risposta sarà 'no!'. Se vogliamo creare un computer quantistico che sarà in grado di scoprire nuovi fenomeni fisici nel prossimo futuro, dobbiamo costruire un "volante" per sintonizzarci su ciò che sembra interessante. Nel mio articolo propongo un protocollo che crea un simulatore quantistico completamente controllabile /P>
Il protocollo è una ricetta:un insieme di ingredienti che un simulatore quantistico dovrebbe avere per essere sintonizzabile. Nella configurazione convenzionale di un simulatore quantistico, gli atomi di rubidio (Rb) o cesio (Cs) vengono presi di mira da un singolo laser. Di conseguenza, queste particelle assorbiranno elettroni e quindi diventeranno più energetiche; si emozionano.
"Dimostro che se dovessimo utilizzare due laser con frequenze o colori diversi, eccitando così questi atomi in stati diversi, potremmo sintonizzare i simulatori quantistici su molte impostazioni diverse", spiega Chepiga.
Il protocollo offre una dimensione aggiuntiva di ciò che può essere simulato. "Immagina di aver visto un cubo solo come uno schizzo su un pezzo di carta piatto, ma ora ottieni un vero cubo 3D che puoi toccare, ruotare ed esplorare in diversi modi", continua Chepiga. "In teoria, possiamo aggiungere ancora più dimensioni introducendo più laser."
"Il comportamento collettivo di un sistema quantistico con molte particelle è estremamente difficile da simulare", spiega Chepiga. "Al di là di poche dozzine di particelle, la modellazione con il nostro solito computer o un supercomputer deve fare affidamento su approssimazioni." Quando si prende in considerazione l'interazione di più particelle, temperatura e movimento, ci sono semplicemente troppi calcoli da eseguire per il computer.
I simulatori quantistici sono composti da particelle quantistiche, il che significa che i componenti sono intrecciati. "L'entanglement è una sorta di informazione reciproca che le particelle quantistiche condividono tra loro. È una proprietà intrinseca del simulatore e consente quindi di superare questo collo di bottiglia computazionale."
Ulteriori informazioni: Natalia Chepiga, Criticità quantistica regolabile negli array Rydberg multicomponente, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.076505. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.12838
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica , arXiv
Fornito dall'Università della Tecnologia di Delft
