14 settembre 2015
Le unità fondamentali dei futuristici computer quantistici, i qubit, potranno essere connesse tra loro tramite onde acustiche di superficie che si propagano, anche su distanze relativamente lunghe in cavità di dimensioni microscopiche. Il metodo, descritto in uno studio teorico, è universale (red)
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I computer quantistici sono considerati il futuro del calcolo. Il loro funzionamento però non sarà più basato sui bit, le unità d’informazione binaria dei computer convenzionali, ma sui qubit, unità d’informazione codificate da sistemi microscopici – atomi, ioni e particelle – che si comportano secondo le leggi della meccanica quantistica.
La strada tuttavia è ancora lunga. I qubit sono in una fase molto embrionale: i primi prototipi di questa tecnologia di calcolo si scontrano con numerosi problemi di affidabilità. Ma gli scienziati non si scoraggiano, addirittura c’è già chi studia come collegare tra loro i qubit quando sono distanti, come hanno fatto Martin Schuetz del Max-Planck-Institut per l’ottica quantistica di Garching in Germania, e colleghi di una collaborazione internazionale.
Nella loro analisi teorica, pubblicata su “Physical Review X”, gli autori individuano una possibile soluzione a questo problema nelle onde acustiche, o più precisamente nelle onde acustiche di superficie note come fononi, poste all’interno di cavità di dimensioni dell’ordine del micrometro (milionesimi di metro).
Finora, molte ricerche sul collegamento tra qubit si sono concentrate sui fotoni, i quanti di luce, che per molti versi appaiono una scelta naturale per il trasporto d’informazione quantistica. Recenti esperimenti per esempio hanno avuto successo nel connettere due qubit con fotoni nello spettro delle microonde.
Schuetz e colleghi hanno sfruttato il fatto che i fononi, possono essere facilmente confinati in cavità le cui pareti sono state opportunamente incise con schemi di scanalature. In questi sistemi, che potrebbero essere integrati su chip, le onde acustiche di superficie possono viaggiare su distanze relativamente lunghe.
Ma come accoppiare i fononi con i qubit? Secondo i ricercatori, sarebbe sufficiente ricavare le cavità sulla superficie di un materiale piezoelettrico, in grado cioè di convertire una sollecitazione meccanica – i fononi in questo caso – in un segnale elettrico.
Poiché i fononi sono onde di materia, il segnale prodotto da materiale piezoelettrico sarebbe un campo elettrico oscillante, che potrebbe interagire con un qubit vicino, di qualunque natura esso sia.
Questa universalità rappresenterebbe un grande vantaggio per le applicazioni. Un qubit costituito da un punto quantico (quantum dot), cioè un atomo artificiale realizzato includendo un campione di materiale semiconduttore all’interno di un semiconduttore diverso e di maggiori dimensioni, potrebbe trasferire la propria informazione tramite un fonone a un altro tipo di qubit, per esempio un atomo o uno ione intrappolato in una cavità da un campo magnetico, o altri tipi di qubit.
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