Una nuova ricerca apre le porte all’internet quantistico: i qubit non sono mai stati così connessi

Destinate a rivoluzionare l’informatica, le macchine quantistiche promettono dispositivi migliori, più veloci e più efficienti, in grado di archiviare e processare dati multidimensionali di complessità molto maggiori se paragonate ad un classico computer. Uno degli obiettivi che vogliono raggiungere i ricercatori in questo ambito è quello di mettere in rete i futuri computer quantistici, così da aumentarne enormemente le prestazioni: questo è l’obiettivo dell’internet quantistico.

Qubit mai così vicini con l’internet quantistico

I ricercatori della Simon Fraser University, con uno studio pubblicato sulla rivista Nature, hanno fatto un passi in avanti nello sviluppo della tecnologia quantistica, con il potenziale di lasciare i supercomputer di oggi indietro anni luce, aprendo di conseguenza la porta a progressi in campi quali la medicina, chimica, sicurezza informatica e altri, fin’ora rimasti fuori portata.

Affinché ciò diventi realtà, è necessario disporre principalmente di due cose: qubit stabili e di lunga durata che forniscano potenza di elaborazione, e tecnologia di comunicazione che consente a questi qubit di collegarsi su larga scala, come avviene oggigiorno con Internet.

Ricerche precedenti hanno dimostrato come il silicio sia in grado di produrre alcuni dei qubit più stabili e di lunga durata del settore. La nuova ricerca pubblicata, fornisce la prova di principio che i cosiddetti “Centri T”, uno specifico difetto luminescente nel silicio, possono fornire un “collegamento fotonico” tra i qubit.

Cuore di questi Centri T sono dei cristalli (di silicio) caratterizzati da un difetto: la presenza di un singolo atomo differente da tutti gli altri. Proprio questa anomalia nella struttura del cristallo permette di manipolare i fotoni con grandissima precisione. Lo si fa sfruttando lo “spin quantistico”. Lo spin è una proprietà intrinseca di particelle. come i fotoni, e si tratta di un di momento angolare. Si può quindi pensare che le particelle ruotino come una trottola: le particelle ruotano verso l’alto o verso il basso, e possono quindi essere tradotti in uno e zero.

Calcolo e comunicazione con la stessa tecnologia

La nuova ricerca riesce quindi a mettere insieme il controllo, a livello quantistico, di singoli fotoni (e quindi generazione di informazione) e la generazione di fotoni ottici ideali per la comunicazione (come avviene oggigiorno con le reti in fibra). Inoltre, i centri T hanno il vantaggio di emettere luce alla stessa lunghezza d’onda utilizzata dalle attuali apparecchiature di comunicazione in fibra ottica nelle reti per telecomunicazioni metropolitane:

“Un emettitore come il centro T che combina qubit di spin ad alte prestazioni e generazione di fotoni ottici è l’ideale per realizzare computer quantistici scalabili e distribuiti, perché possono gestire l’elaborazione e le comunicazioni insieme, piuttosto che dover interfacciare due diverse tecnologie quantistiche, uno per l’elaborazione e uno per le comunicazioni (…) con i centri T è possibile costruire processori quantistici che comunicano intrinsecamente con altri processori (…) sarà quindi possibile connettere insieme milioni di qubit necessari per il calcolo quantistico”.

Lo sviluppo della tecnologia quantistica basata sul silicio è un’ottima cosa. Infatti, l’industria globale dei semiconduttori attualmente è già in grado di produrre a buon mercato chip in silicio su larga scala, con un livello di precisione sbalorditivo. E’ quindi possibile trarne vantaggio, piuttosto che creare un settore completamente nuovo per la produzione quantistica:

“Trovando un modo per creare processori di calcolo quantistico in silicio, si può trarre vantaggio da tutti gli anni di sviluppo, conoscenza e infrastruttura utilizzati per produrre computer convenzionali, piuttosto che creare un settore completamente nuovo per la produzione quantistica (…) Questo rappresenta un vantaggio competitivo quasi insormontabile nella corsa internazionale all’informatica quantistica”.