Un team di ricercatori dell’Università di Tecnologia di Chalmers ha recentemente presentato un innovativo frigorifero quantistico progettato per raffreddare i qubit superconduttori a temperature estremamente basse, raggiungendo risultati record in questo ambito. Questa nuova tecnologia si pone come soluzione a una delle sfide principali nello sviluppo dei computer quantistici: la necessità di mantenere i qubit a temperature prossime allo zero assoluto per garantire calcoli precisi e affidabili.
I qubit, che costituiscono gli elementi base dei computer quantistici, sono estremamente sensibili all’ambiente circostante. Anche la più lieve interferenza elettromagnetica potrebbe causare un cambiamento casuale nel valore del qubit, generando errori che comprometterebbero il corretto svolgimento dei calcoli quantistici. Aamir Ali, uno dei principali autori dello studio, ha sottolineato l’importanza di raffreddare i qubit a temperature prossime allo zero assoluto, pari a -273,15 gradi Celsius o 0 Kelvin, per garantire la stabilità e l’affidabilità delle operazioni.
Attualmente, i qubit vengono realizzati utilizzando circuiti superconduttori e raffreddati a temperature estremamente basse tramite l’impiego di frigoriferi a diluizione. Tuttavia, questi sistemi consentono di raggiungere temperature di soli circa 50 millikelvin sopra lo zero assoluto. Il nuovo frigorifero quantistico sviluppato dai ricercatori dell’Università di Chalmers è in grado di raffreddare i qubit a soli 22 millikelvin senza richiedere alcun controllo esterno, rappresentando un significativo passo avanti nella stabilizzazione dei qubit.
Il raggiungimento di temperature più basse consente di ridurre la suscettibilità degli errori nei qubit, migliorando la precisione e l’affidabilità dei calcoli quantistici. Questo si traduce in un aumento della probabilità che un qubit si trovi nello stato fondamentale prima dell’esecuzione del calcolo, passando da una percentuale compresa tra il 99,8 e il 99,92 percento a un notevole 99,97 percento. Secondo Ali, questa differenza, seppur apparentemente minima, ha un impatto significativo sulle prestazioni complessive dei computer quantistici durante l’esecuzione di molteplici calcoli.
Il funzionamento del frigorifero quantistico si basa sull’interazione tra diversi qubit, utilizzando un sistema composto da tre qubit: uno come qubit target da raffreddare e gli altri due come meccanismi di raffreddamento. Questi ultimi sono accoppiati rispettivamente a un ambiente caldo e a uno freddo, agendo come bagni termici. L’energia proveniente dal bagno caldo viene impiegata per trasferire il calore dal qubit target al qubit freddo, che successivamente viene termalizzato nell’ambiente freddo.
La peculiarità di questo sistema risiede nella sua autonomia, poiché funziona sfruttando il calore naturale generato dalla differenza di temperatura tra i due bagni termici, senza richiedere interventi esterni. Questa innovativa tecnologia di raffreddamento potrebbe avere un impatto significativo in diversi settori, tra cui medicina, energia, crittografia, intelligenza artificiale e logistica, accelerando i progressi e aprendo nuove prospettive di ricerca e applicazioni.
Simone Gasparinetti, professore associato presso l’Università di Tecnologia di Chalmers e uno degli autori principali dello studio, ha sottolineato l’eccellente risultato ottenuto con questo frigorifero quantistico, superando le aspettative iniziali e aprendo nuove prospettive nel campo del raffreddamento dei qubit a temperature record.
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