La ricerca non si ferma, e un nuovo gruppo di scienziati ha raggiunto un nuovo livello di potenza di calcolo, molto più elevata, per quanto riguarda i computer quantistici. Si tratta, infatti, del primo dispositivo che va oltre il classico sistema binario, basato solo su 0 e 1, utilizzato in tutti i computer tradizionali e finora anche in quelli quantistici.
Per decenni i computer sono stati sinonimo di informazioni binarie: zero e uno. Tutti, magicamente, associamo il sistema binario all’informatica e l’informatica al sistema binario, proprio per la stretta correlazione che è sempre esistita tra i due mondi. Ora, un team dell’Università di Innsbruck, in Austria, ha realizzato un computer quantistico che rompe questo paradigma e sblocca risorse computazionali aggiuntive, fin’ora “nascoste”.
Abituati a ragionare in termini binari quando si tratta di computazione informatica, anche i computer quantistici di oggi sono stati progettati pensando all’elaborazione di informazioni binarie, ma questo ha implicato un limite nello sfruttamento dei computer quantistici:
“I mattoni dei computer quantistici, tuttavia, non sono solo zero e uno”, spiega Martin Ringbauer, un fisico sperimentale di Innsbruck, in Austria. “Limitarli ai sistemi binari impedisce a questi dispositivi di essere all’altezza del loro vero potenziale”.
Il team guidato da Thomas Monz presso il Dipartimento di Fisica Sperimentale dell’Università di Innsbruck, è ora riuscito a sviluppare un computer quantistico in grado di eseguire calcoli arbitrari con le cosiddette cifre quantistiche (o qudit), sbloccando così più potenza di calcolo con meno particelle quantistiche. La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics con il titolo “A universal qudit quantum processor with trapped ions”.
Sebbene memorizzare le informazioni in zeri e uno non sia il modo più efficiente per eseguire calcoli, è sicuramente il modo più semplice. Ma come sempre, soprattutto in ingegneria, semplice spesso significa anche affidabile e resistente ma anche meno efficiente. Infatti, nel mondo quantistico, la situazione è completamente diversa.
Nel computer quantistico sviluppato ad Innsbruck, ad esempio, le informazioni vengono memorizzate in singoli atomi di calcio intrappolati. Ciascuno di questi atomi ha, in modo naturale, otto stati diversi, di cui in genere solo due vengono utilizzati per memorizzare informazioni, lasciando i restanti sei come “non utilizzati”. Il computer sviluppato dai fisici di Innsbruck è in grado di sfruttare tutto il potenziale di questi atomi, sfruttando con i qudit. Contrariamente al caso classico, l’utilizzo di più stati non rende il computer meno affidabile:
“I sistemi quantistici hanno naturalmente più di due soli stati e abbiamo dimostrato che possiamo controllarli tutti ugualmente bene”
D’altra parte, molti dei compiti che richiedono computer quantistici, come problemi di fisica, chimica o scienze dei materiali, sono espressi naturalmente anche nel linguaggio qudit. Riscriverli per i qubit può spesso renderli troppo complicati per i computer quantistici di oggi:
“Lavorare con più di zero e uno è molto naturale, non solo per il computer quantistico ma anche per le sue applicazioni, permettendoci di sbloccare il vero potenziale dei sistemi quantistici”, spiega Martin Ringbauer.
Un computer quantistico o calcolatore quantistico utilizza le proprietà quantistiche della materia, come la sovrapposizione degli stati e l’entanglement, al fine di effettuare operazioni su dei dati. A differenza di un calcolatore classico, basato su transistori che operano su dati binari (codificati come bit, quindi 0 e 1), il calcolatore quantistico opera con bit quantistici.
Chamati anche qubit, lo stato quantistico può possedere più valori, o più precisamente un singolo valore quantistico che corrisponde simultaneamente a più valori classici. La disciplina che si occupa, in ambito teorico e sperimentale, dello sviluppo del calcolo quantistico è detta computazione quantistica