Un computer quantistico nel diamante.

Fonte: Le Scienze

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E' il primo computer quantistico a stato solido - e quindi facilmente scalabile - dotato di un sistema di protezione contro la decoerenza, il fenomeno che ostacola il corretto funzionamento delle apparecchiature quantistiche. Per quanto minuscolo, il prototipo, che al momento è in grado di trattare due qubit, ha dimostrato di avvicinarsi moltissimo alle prestazioni di una macchina quantistica perfetta.

Un gruppo di ricercatori è riuscito a costruire un embrione di computer quantistico in un diamante, dotato per di più di un sistema di protezione contro il fenomeno della decoerenza, che per questo tipo di apparecchiatura può essere paragonato a un rumore di fondo che impedisce al computer di funzionare correttamente.
Il risultato, ottenuto da ricercatori del Politecnico di Delft, nei Paesi Bassi, della Iowa State University e dell’Università della California a Santa Barbara, che lo decrivono in un articolo pubblicato su “Nature”, appare particolarmente interessante perché dimostra la fattibilità di computer quantistici allo stato solido, che, a differenza dei precedenti sistemi a stato gassoso-liquido, potrebbero rappresentare il futuro della computazione quantistica poiché sono facilmente scalabili. Gli attuali computer quantistici sono molto piccoli e non possono ancora competere con la velocità dei computer tradizionali di grande potenza.
Il computer quantistico di diamante lavora con due bit quantistici, o qubit, rappresentati da due particelle subatomiche. Un nucleo di azoto (o, per la precisione il suo spin) codifica il primo qubit, mentre il secondo è rappresentato dallo spin di un elettrone presente in un altro difetto del diamante.

Gli elettroni, molto più piccoli nuclei, permettono di eseguire i calcoli molto più rapidamente, ma sono anche più rapidamente vittima della "decoerenza". Un qubit basato su un nucleo, è più lento ma anche molto più stabile. "Un nucleo ha un tempo di decoerenza lungo, dell’ordine dei millisecondi che si può considerare molto lento", ha detto Daniel Lidar, che ha partecipato allo studio. Come protezione dalla decoerenza, i ricercatori hanno utilizzato

impulsi di microonde per invertire continuamente il senso di rotazione dell'elettrone.
Com’è noto, a differenza dei bit tradizionali, che possono codificare un uno o uno zero, un qubit può codificare un uno e uno zero allo stesso tempo. Questa proprietà, detta sovrapposizione, insieme con la capacità degli stati quantici di passare a "tunnel" attraverso barriere di energia, potrà permettere ai computer quantistici di eseguire calcoli di ottimizzazione molto più velocemente rispetto ai computer tradizionali.
I ricercatori sono riusciti a dimostrare che il loro sistema di diamante è effettivamente in grado di operare operare controllando quanto le sue prestazioni si avvicinassero a quelle del cosiddetto “algoritmo di Grover", un algortitmo per computer quantistici ideato da Lov Grover dei Bell Labs nel 1996. Il test consiste in una ricerca in un database indifferenziato, simile alla ricerca di un nome in un elenco telefonico disponendo del solo numero di telefono. Con un computer classico non si può trovare il nome se non dopo aver cercato attraverso metà dell’elenco. L’algoritmo di Grover, progettato per sfruttare le proprietà di sovrapposizione dei qubit, può trovare la risposta corretta molto più rapidamente. Così, mentre un computer classico, di fronte a quattro scelte possibili, trova quella corretta in media dopo due tentativi, uno quantistico sempre al primo tentativo.

Il nuovo computer di diamante è riuscito a fare la scelta giusta al primo tentativo circa il 95 per cento delle volte, un risultato non perfetto, ma sufficiente a dimostrare che opera in modo quantistico.