Un passo molto importante verso lo sviluppo dei computer quantistici potrebbe essere quello svolto da alcuni scienziati australiani, che sono riusci a creare il primo processore quantistico in silicio. Ha richiesto 9 anni di duro lavoro e sforzi.
“Questa è la scoperta più emozionante della mia carriera”, così ha commentato la scoperta l’autrice senior e fisica quantistica Michelle Simmons, fondatrice di Silicon Quantum Computing e direttrice del Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology presso l’UNSW.
La scoperta sensazionale è stata pubblicata su Nature. Simmons e il suo team hanno creato quello che è essenzialmente un processore quantistico funzionale, ma lo hanno anche testato con successo modellando una piccola molecola in cui ogni atomo ha più stati quantistici, qualcosa che un computer tradizionale farebbe fatica a raggiungere.
Ciò suggerisce che ora siamo un passo avanti verso l’utilizzo finale della potenza di elaborazione quantistica per capire di più sul mondo che ci circonda, anche su scala più piccola.
“Negli anni ’50, Richard Feynman ha detto che non capiremo mai come funziona il mondo, come funziona la natura, a meno che non possiamo effettivamente iniziare a farlo sulla stessa scala. Se possiamo iniziare a comprendere i materiali a quel livello, possiamo progettare cose che non sono mai state realizzate prima. La domanda è: come controlli effettivamente la natura a quel livello?”
Per riuscire in questa impresa nell’informatica quantistica, i ricercatori hanno utilizzato un microscopio a scansione a tunnel in un vuoto ultra alto per posizionare punti quantici con una precisione subnanometrica. Il posizionamento di ciascun punto quantico doveva essere giusto in modo che il circuito potesse imitare il modo in cui gli elettroni saltano lungo una serie di carboni a legame singolo e doppio in una molecola di poliacetilene.
Le parti più complicate erano capire: esattamente quanti atomi di fosforo dovrebbero esserci in ciascun punto quantico; esattamente quanto dovrebbe essere distante ogni punto; e poi progettare una macchina in grado di posizionare i minuscoli punti esattamente nella giusta disposizione all’interno del chip di silicio.
Se i punti quantici sono troppo grandi, l’interazione tra due punti diventa troppo grande per controllarli in modo indipendente, affermano i ricercatori. Se i punti sono troppo piccoli, si introduce la casualità perché ogni atomo di fosforo in più può modificare sostanzialmente la quantità di energia necessaria per aggiungere un altro elettrone al punto.
Il chip quantistico finale conteneva 10 punti quantici, ciascuno composto da un piccolo numero di atomi di fosforo. I doppi legami di carbonio sono stati “simulati” mettendo meno distanza tra i punti quantici rispetto ai singoli legami di carbonio. Il poliacetilene è stato scelto perché è un modello ben noto e potrebbe quindi essere utilizzato per dimostrare che il computer stava simulando correttamente il movimento degli elettroni attraverso la molecola.
I computer quantistici sono necessari perché i computer classici non possono modellare grandi molecole; sono semplicemente troppo complessi. Ad esempio, per creare una simulazione della molecola della penicillina con 41 atomi, un computer classico avrebbe bisogno di 10^86 transistor, ovvero “più transistor di quanti atomi nell’universo osservabile”. Un computer quantistico, invece, richiederebbe solo un processore con 286 qubit (l’equivalente dei bit in ambito quantistico).
Simmons afferma che il passaggio dal transistor quantistico al circuito in soli nove anni sta imitando la tabella di marcia stabilita dagli inventori dei computer classici. Il primo transistor per computer classico è stato creato nel 1947. Il primo circuito integrato è stato costruito nel 1958. Queste due invenzioni erano a 11 anni di distanza. La squadra di Simmons ha fatto il salto due anni prima del previsto.