La “ricetta” dell’EPFL per computer quantistici più potenti

Da un ricercatore del Politecnico Federale di Losanna un metodo per leggere nel contempo diversi qubit, la più piccola unità di dati quantici

In Svizzera è stato elaborato un nuovo sistema che apre la strada a una nuova generazione di computer quantistici ancora più potenti.
“IBM e Google hanno attualmente i computer quantistici più potenti del mondo”, dice il professor Edoardo Charbon, capo del laboratorio Advanced Quantum Architecture (familiarmente ‘AQUA Lab’) nella Scuola di Ingegneria del Politecnico Federale di Losanna. “L’IBM ha appena presentato una macchina da 127 qubit, mentre quella di Google è di 53 qubit”.
La possibilità di rendere i computer quantistici ancora più veloci è limitata, tuttavia, a causa di un limite superiore del numero ottenibile di qubit. Ma un team di ingegneri guidato dal ricercatore vodese, in collaborazione con scienziati del Regno Unito, ha appena sviluppato un metodo promettente per superare questa barriera tecnologica.
Il loro approccio consente di leggere i qubit in modo più efficiente, il che significa che un numero maggiore di dati può essere stipato in processori quantistici. I risultati appaiono in un articolo pubblicato da “Nature Electronics”.

Il mondo quantistico alla mercé di un’inedita eterogiunzione

Biochimica e crittografia le principali applicazioni del sistema

I computer quantistici non funzionano come i calcolatori cui siamo abituati. Invece di avere un processore separato e un chip di memoria, i due sono combinati in una singola unità nota come qubit.
Questi computer usano le proprietà quantistiche come la sovrapposizione e l’entanglement per eseguire calcoli complicati che i computer normali non potrebbero mai fare in un lasso di tempo ragionevole. Le potenziali applicazioni dei computer quantistici includono la biochimica, la crittografia e altre attività ad alta complessità.
Le macchine usate dai gruppi di ricerca hanno oggi circa una dozzina di qubit. “La nostra sfida è quella di interconnettere più qubit nei processori quantistici, stiamo parlando di centinaia, anche di migliaia di essi, al fine di aumentare la potenza di elaborazione dei computer”, dice Charbon.
Il numero di qubit è attualmente limitato dal fatto che non esiste ancora una tecnologia in grado di leggere rapidamente tutti i qubit.
“Complicando ulteriormente le cose, i qubit operano a temperature vicine allo zero assoluto, o -273,15 gradi centigradi”, aggiunge.
“Questo rende la lettura e il controllo ancora più difficile. Quello che gli ingegneri fanno in genere è usare macchine a temperatura ambiente e di controllare ogni qubit individualmente”.

È made-by-IBM il primo processore quantistico da 127 qubit

“Una vera svolta” grazie a punti quantici stipati in un transistor

Andrea Ruffino, uno studente di dottorato presso il Laboratorio di Advanced Quantum Architecture, ha sviluppato un metodo che permette di leggere nove qubit simultaneamente ed efficacemente. Inoltre, il suo approccio potrebbe essere scalato per matrici di qubit più grandi.
“Il nostro metodo si basa sull’uso dei domini del tempo e della frequenza”, spiega. “L’idea di base è di ridurre il numero di connessioni facendo lavorare tre qubit con un solo legame”.
L’École Polytechnique Fédérale de Lausanne non ha un computer quantistico, ma questo non ha fermato il giovane scienziato. Ha trovato un modo per emulare i qubit ed eseguire esperimenti in condizioni quasi identiche.
“Ho incorporato i punti quantici, che sono particelle semiconduttrici di dimensioni nanometriche, in un transistor. Questo mi ha fornito un qualcosa che funziona come i qubit”, dice Andrea Ruffino. È il primo studente di dottorato dell’AQUA Lab a studiare questo argomento per la propria tesi.
“Andrea ha dimostrato che il suo metodo funziona con circuiti integrati su normali chip di computer, e a temperature che si avvicinano a quelle dei qubit”, dice Edoardo Charbon.
“È una vera svolta che potrebbe portare a sistemi di grandi matrici di qubit integrati con l’elettronica necessaria. I due tipi di tecnologia potrebbero lavorare insieme in modo semplice, efficace e riproducibile”.

Passo avanti sperimentale verso i supercomputer quantistici