Ecco come rilevare l’informazione quantistica in 100mila qubit

Utilizzato la luce e un elettrone, i fisici sono riusciti a comunicare con una nuvola di bit quantistici e percepirne il comportamento. Lo studio su Nature Physics

Servono principalmente due cose: la luce e un elettrone. Così si può riuscire a comunicare con una nuvola di bit quantistici e percepirne il comportamento. A sviluppare questa nuova tecnica sono stati i fisici dell’Università di Cambridge che, nel loro nuovo studio pubblicato su Nature Physics, raccontano di essersi serviti di un laser per controllare un elettrone, e utilizzarlo poi per controllare il comportamento di ben 100mila qubit. Un metodo, quindi, che permette di rilevare un singolo qubit con una precisione di 1,9 parti per milione e che rappresenta un importante passo in avanti nello sviluppo di una rete internet quantistica.

I primi computer quantistici, che sfrutteranno le potenzialità dei qubit (l’unità dell’informazione quantistica), in genere particelle subatomiche come fotoni o elettroni, per eseguire calcoli in modo molto più veloce e superare di gran lunga anche i supercomputer più potenti al mondo, sono sempre più vicini. Tuttavia, sfruttare al massimo il loro potenziale richiederà un nuovo modo per collegarli insieme nell’internet quantistica. Finora, tra le più promettenti sorgenti di luce quantistica (che possono fornire i fotoni capaci di veicolare il segnare internet), ci sono le piattaforme che generano appunto fotoni e sono basate sulla tecnologia quantum dot (punti quantici, o atomi artificiali) dei semiconduttori. Ma c’è un ostacolo: la capacità di memorizzare temporaneamente le informazioni quantistiche nei punti di sosta lungo la rete. “La soluzione a questo problema è memorizzare le fragili informazioni quantistiche nascondendole in una nuvola di 100mila nuclei atomici che ogni punto quantico contiene, come mettere un ago in un pagliaio”, ha raccontato Mete Atatüre, coordinatore dello studio.

La nuvola di qubit contenuta in un punto quantico normalmente non agisce collettivamente, il che rende difficile estrarne le informazioni. Uno studio del 2019, svolto dallo stesso team di ricercatori, aveva mostrato che quando raffreddati a temperature ultra-basse, questi nuclei possono essere indotti a fare “danze quantistiche” all’unisono, riducendo significativamente la quantità di rumore nel sistema. Ora, il nuovo studio ha fatto un ulteriore passo in avanti, mettendo a punto un metodo per la memorizzazione e il recupero delle informazioni quantistiche. Controllando lo stato dei 100mila nuclei, i ricercatori sono stati in grado di estrarre l’informazione quantistica come un “bit quantistico capovolto” con una precisione elevatissima di 1,9 parti per milione. “Tecnicamente è estremamente impegnativo”, ha spiegato Atatüre. “Non abbiamo un modo di ‘parlare’ alla nuvola e la nuvola non ha un modo di parlare con noi. Ma quello con cui possiamo parlare è un elettrone, come fosse un cane in un gregge di pecore”.

Usando la luce di un laser, i ricercatori sono in grado di comunicare con un elettrone, che a sua volta ha comunicato con gli spin dei nuclei. Parlando con l’elettrone, che diventa una sorta di guida, i ricercatori sono riusciti a creare onde di spin nei nuclei. “Se immaginiamo la nostra nuvola come un gregge di 100mila pecore che si muove in modo casuale, una pecora che cambia improvvisamente direzione è difficile da vedere”, spiega il ricercatore. “Ma se l’intera mandria si muove come un’onda ben definita, allora una singola pecora che cambia direzione diventa molto evidente”. Utilizzando questa tecnica, i ricercatori sono quindi stati in grado di inviare informazioni al bit quantistico e ascoltare ciò che dicono gli spin, con il minimo disturbo.