Fonte: Le ScienzeDimostrata sperimentalmente la possibilità di sfruttare le peculiarità del mondo quantistico per implementare algoritmi super-efficienti nei futuri computer quantistici.
Un gruppo di fisici dell'Università di Bonn, che firmano un articolo su “Science”, ha dimostrato la possibilità di sfruttare sperimentalmente le particolari caratteristiche esibite nel mondo quantistico dal cosiddetto “cammino casuale”, che potrà permettere l'implementazione di algoritmi super-efficienti nei futuri computer quantistici.
Nel mondo classico, se ci si sposta dalla propria posizione di un passo a destra o a sinistra a seconda che esca testa o croce dal lancio di una moneta, si compie quello che viene detto un “cammino casuale”. Se si traccia su un grafico la frequenza della diverse posizioni assunte nel corso di un elevato numero di lanci della moneta, si ottiene una classica curva a campana. Il moto browniano ne è un altro esempio.
I fisici tedeschi hanno riprodotto questo esperimento a scala microscopica con un atomo di cesio. Gli atomi possono assumere differenti stati quantistici, analoghi alla testa e alla croce di una moneta, ma anche uno stato di sovrapposizione, ossia “un po' testa e un po' croce”.
Sfruttando fasci laser, i ricercatori hanno spinto un atomo di cesio in direzioni opposte: “In questo modo siamo stati in grado di muovere i due stati in direzioni distanti una frazione di millesimo di millimetro”, spiega Artur Widera, che ha diretto la ricerca. In seguito, hanno “lanciato la moneta” ancora una volta riportando le componenti in uno stato di sovrapposizione.
Dopo diversi ripetizioni di questo “cammino casuale quantistico”, l'atomo di cesio era stato stirato come se si trovasse un po' ovunque e solo nel momento della misurazione si “decideva” dove e in che stato esso si trovasse. Nella distribuzione delle probabilità della sua posizione interviene però in maniera significativa anche altro effetto quantistico, analogo a quello che nel caso della luce è chiamato interferenza, dovuto al fatto che alcuni stati possono rinforzarsi e altri annullarsi.
Ripetendo più volte l'esperimento, i ricercatori hanno quindi tracciato la curva della probabilità di presenza dell'atomo nei vari punti: “La nostra curva è chiaramente differente da quella ottenuta in un cammino casuale classico. Non ha un massimo al centro ma agli estremi”, nota Michal Karski, un altro degli autori. “Questo è ciò che ci si aspettava sulla base delle considerazioni teoriche, e che rende il cammino quantistico particolarmente attraente per le sue possibili applicazioni.”
“Con questo effetto abbiamo dimostrato che si possono realmente implementare algoritmi del tutto nuovi”, conclude Widera, ricordando che attualmente se si vuole individuare un “1” in una fila di “0” bisogna controllare ogni cifra singolarmente e il tempo necessario per farlo cresce linearmente con il numero di cifre. Sfruttando l'algoritmo della “cammino quantistico casuale” è invece possibile cercare nei diversi punti simultaneamente, abbattendo drasticamente il tempo di ricerca. (gg)
Nel mondo classico, se ci si sposta dalla propria posizione di un passo a destra o a sinistra a seconda che esca testa o croce dal lancio di una moneta, si compie quello che viene detto un “cammino casuale”. Se si traccia su un grafico la frequenza della diverse posizioni assunte nel corso di un elevato numero di lanci della moneta, si ottiene una classica curva a campana. Il moto browniano ne è un altro esempio.
I fisici tedeschi hanno riprodotto questo esperimento a scala microscopica con un atomo di cesio. Gli atomi possono assumere differenti stati quantistici, analoghi alla testa e alla croce di una moneta, ma anche uno stato di sovrapposizione, ossia “un po' testa e un po' croce”.
Sfruttando fasci laser, i ricercatori hanno spinto un atomo di cesio in direzioni opposte: “In questo modo siamo stati in grado di muovere i due stati in direzioni distanti una frazione di millesimo di millimetro”, spiega Artur Widera, che ha diretto la ricerca. In seguito, hanno “lanciato la moneta” ancora una volta riportando le componenti in uno stato di sovrapposizione.
Dopo diversi ripetizioni di questo “cammino casuale quantistico”, l'atomo di cesio era stato stirato come se si trovasse un po' ovunque e solo nel momento della misurazione si “decideva” dove e in che stato esso si trovasse. Nella distribuzione delle probabilità della sua posizione interviene però in maniera significativa anche altro effetto quantistico, analogo a quello che nel caso della luce è chiamato interferenza, dovuto al fatto che alcuni stati possono rinforzarsi e altri annullarsi.
Ripetendo più volte l'esperimento, i ricercatori hanno quindi tracciato la curva della probabilità di presenza dell'atomo nei vari punti: “La nostra curva è chiaramente differente da quella ottenuta in un cammino casuale classico. Non ha un massimo al centro ma agli estremi”, nota Michal Karski, un altro degli autori. “Questo è ciò che ci si aspettava sulla base delle considerazioni teoriche, e che rende il cammino quantistico particolarmente attraente per le sue possibili applicazioni.”
“Con questo effetto abbiamo dimostrato che si possono realmente implementare algoritmi del tutto nuovi”, conclude Widera, ricordando che attualmente se si vuole individuare un “1” in una fila di “0” bisogna controllare ogni cifra singolarmente e il tempo necessario per farlo cresce linearmente con il numero di cifre. Sfruttando l'algoritmo della “cammino quantistico casuale” è invece possibile cercare nei diversi punti simultaneamente, abbattendo drasticamente il tempo di ricerca. (gg)
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