Per decenni, la ricerca del calcolo quantistico ha affrontato sfide legate alla necessità di temperature estremamente basse, appena sopra lo zero assoluto (0 Kelvin o -273,15°C). Questo perché i fenomeni quantistici che conferiscono ai computer quantistici le loro capacità computazionali uniche richiedono un ambiente isolato dal calore del mondo classico in cui viviamo.
Un singolo bit quantistico, chiamato qubit, corrisponde al bit binario zero o uno del calcolo classico e richiede un complesso sistema di refrigerazione per funzionare. Tuttavia, per svolte significative in settori come la progettazione di materiali e farmaci, sono necessari grandi numeri di qubit o addirittura interi computer quantistici che operano in parallelo.
Le aziende leader come Google, IBM e PsiQuantum stanno progettando sistemi di raffreddamento su larga scala per supportare i computer quantistici del futuro, che richiederanno enormi quantità di energia per funzionare.
La ricerca pubblicata su Nature ha dimostrato che gli spin degli elettroni individuali, un tipo specifico di qubit, possono operare a temperature intorno a 1K, molto più alte rispetto agli esempi precedenti.
I sistemi di raffreddamento diventano meno efficienti a temperature più basse, e i sistemi attuali di controllo dei qubit, che ricordano i primi computer degli anni ’40, creano ostacoli fisici alla collaborazione dei qubit.
La nuova ricerca potrebbe rappresentare una svolta, poiché i qubit realizzati con un punto quantistico stampato su silicio elettrodi metallici possono operare a temperature intorno a 1K, riducendo drasticamente i costi operativi e il consumo energetico.
Questi progressi sono cruciali per settori come la progettazione di farmaci, dove il calcolo quantistico potrebbe portare a risparmi di costi e guadagni di efficienza significativi.
Sebbene i qubit più caldi offrano nuove possibilità, introducono anche sfide nella correzione degli errori e nel controllo, poiché temperature più alte potrebbero aumentare il tasso di errori di misurazione.
Il recente progresso nell’operare i qubit a temperature più alte rappresenta un passo fondamentale verso la semplificazione dei requisiti del sistema, aprendo la strada affinché il calcolo quantistico possa diffondersi in ambiti scientifici, industriali e commerciali più ampi.
Andrew Dzurak, Professore Scientia presso UNSW Sydney, è CEO e Fondatore di Diraq, mentre Andre Luiz Saraiva De Oliveira, Fisico dello Stato Solido presso UNSW Sydney, hanno contribuito a questo articolo.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation con licenza Creative Commons.
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