Il calcolo quantico ha fatto un grande balzo in avanti grazie a un team di ricercatori dell'Università di Surrey guidati da Dr. Steve Chick ed Professor Ben Murdin. Hanno manipolato con successo atomi di fosforo all'interno di cristalli di silicio (i materiali di cui sono fatti i circuiti digitali del computer) e li hanno fatti "ballare" controllandone forma e dimensioni.

Il metodo utilizzato è chiamato quantum computing "surface code" e consiste nel posizionare diversi elementi in una griglia fissa di cristalli di silicio e usando il movimento danzante degli atomi per controllare come interagiscono.

La ricerca è rivoluzionaria per due motivi.

Innanzitutto dimostra che i computer quantistici possono essere costruiti utilizzando materiali comuni e popolari, che aumenteranno la capacità produttiva e diminuiranno i costi di produzione.

In secondo luogo, l'uso di cristalli di silicio consentirà un'integrazione perfetta tra computer digitali e quantici.

I computer digitali funzionano usando interruttori chiamati "bit", che possono trovarsi in uno dei due stati possibili: l'interruttore può essere acceso o spento. I computer quantistici, d'altra parte, usano interruttori noti come "qubit" - bit quantici - che sono fatti di un singolo atomo anziché di un interruttore metallico. Ciò che rende i qubit vantaggiosi rispetto ai bit tradizionali è che in esso possono esistere dei qubit tre stati: acceso, spento o entrambi allo stesso tempo. Questo aumenta esponenzialmente la potenza di calcolo sfruttando il paradosso quantistico noto come "sovrapposizione".

Cos'è la sovrapposizione?

La "sovrapposizione" è il fenomeno in cui una particella incarna allo stesso tempo ogni possibile stato di esistenza a sua disposizione. Solo osservando le particelle collassano dalla sovrapposizione e in uno di questi possibili stati.

Il fisico Erwin Schrodinger ha creato il famoso esperimento di pensiero "Gatto di Schrodinger" per contestualizzare la sovrapposizione. L'esperimento è come questo: immagina che un gatto, che ha la stessa possibilità di essere vivo o morto, si trovi in ​​una scatola. Finché qualcuno non apre la scatola e conferma lo stato del felino all'interno, il gatto è contemporaneamente vivo ed morto.

Ecco un altro modo di pensare alla sovrapposizione - ricorda il boggart di Harry Potter e il Prigioniero di Azkaban, il mostro che cambia forma che assume la forma di qualsiasi cosa la persona osservandola teme di più? Come Scrive JK Rowling nella voce del professor Lupin, "il boggart seduto nell'oscurità interiore non ha ancora assunto una forma. Non sa ancora cosa spaventerà la persona dall'altra parte della porta. Nessuno sa com'è un boggart quando è solo, ma quando lo lascio fuori, diventerà immediatamente ciò che ognuno di noi ha più paura ".

Non posso fare a meno di chiedermi se la creazione di questa creatura da parte della Rowling sia stata ispirata dalla sovrapposizione quantistica, perché è una rappresentazione fedele del fenomeno. Proprio come un molliccio, le particelle subatomiche esistono in uno stato etereo di possibilità quando non sono sotto osservazione. Immediatamente dopo l'osservazione, tuttavia, una particella collasserà per sovrapposizione e si stabilizzerà in una forma materiale coerente.  

Il miglior esempio concreto del fenomeno di sovrapposizione è, come spiegato sopra, nel calcolo quantico.  

Implicazioni della ricerca

L'uso di cristalli di silicio nell'informatica quantistica renderebbe più semplice rendere i computer digitali e quantistici più compatibili, secondo Chick e Murdin. “Una delle grandi sfide del prossimo futuro per i computer quantistici è renderli facili da integrare con il digitale ", ha dichiarato Chick e Murdin a The University Network (TUN).

I computer quantistici trarrebbero vantaggio dai microprocessori digitali a bordo per molte ragioni diverse, specialmente per rendere più facile programmare i computer quantistici. Se i materiali da cui si generano i computer quantistici sono gli stessi che utilizziamo attualmente per i computer digitali, è possibile creare letteralmente entrambi i tipi di computer nello stesso chip, risparmiando spazio, tempo e costi.

Il costo è sempre stato un fattore che inibisce il calcolo quantico. Mentre una manciata di computer quantistici e circuiti quantistici sono stati costruiti finora, questi sono in genere fatti di metalli molto costosi ed esotici. Ma se i costi di costruzione dei computer quantistici non fossero più proibitivi, aprirebbero le porte alla possibilità della produzione di massa. “Usando materiali più comuni e popolari, ci permette di smettere di preoccuparci se i nostri computer saranno compatibili con i computer digitali in futuro ", hanno detto Chick e Murdin a TUN. "Ciò renderà più facile ed economico ottenere i computer quantistici una volta che saranno sufficientemente sviluppati per essere prodotti".

Alla domanda su cosa prevedono il futuro dell'informatica quantistica, Chick e Murdin hanno risposto: "Nessuno sa quando (o se) il quantum supererà il digitale nei numeri grezzi. La maggior parte dei ricercatori attualmente pensa che anche se i computer quantistici sono in minoranza numerica 1000: 1, faranno comunque un'enorme differenza per le vite delle persone. Alcune aziende come IBM hanno suggerito che vedremo per la prima volta l'uso diffuso di computer quantici condivisi tra molti utenti su Internet, come vengono usati gli attuali server digitali ".

Chick è entusiasta delle possibilità degli atomi danzanti. "La cosa che preferisco di questo lavoro è il modo in cui questi piccoli ragazzi fanno più lavori contemporaneamente, e mi fa impaziente di nuovi modi di sfruttare la natura per fare ciò che vogliamo e nuovi eccitanti problemi di fisica per risolvere sulla strada! ", ha detto a TUN.