Sapere Scienza

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Memoria quantistica: la chiave per realizzarla in un diamante “accordabile”

23 Maggio 2018

Stiamo sentendo spesso parlare di computer quantistici o di internet quantistico: per raggiungere queste nuove frontiere tecnologiche sarebbe necessario realizzare una memoria quantistica in grado di contenere bit quantici o qubit. Quest'ultimi, però, sono estremamente sensibili e persino la vibrazione di atomi adiacenti potrebbe ledere la loro capacità di ricordare delle informazioni. I ricercatori in passato hanno tentato di ovviare a questo problema utilizzando temperature basse, una soluzione molto costosa per reti quantistiche in larga scala. Una ricerca della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e dell’Università di Cambridge ha sviluppato nuovi percorsi per la costruzione di memorie quantistiche. Se siete curiosi o non conoscete ancora l'informatica del futuro, continuate a leggere.

 

Cos’è un computer quantistico?

 

Cerchiamo di fare un passo alla volta. Cos’è un computer quantistico? Prima di spiegarlo a parole, eccovi un video pubblicato da Nature che vi aiuterà a comprendere meglio le basi di questa rivoluzione tecnologica.

 

 

Avete visto come nei computer che utilizziamo tutti i giorni, un bit di informazione è rappresentato dalla tensione tra piastre e, quindi, un condensatore carico registrerà 1 e uno scarico 0, secondo quel codice binario che tutti, più o meno, conosciamo. Ma come trasporre questo linguaggio in meccanica quantistica? In un computer quantistico i bit di memoria superano la condizione di dualità (0 o 1) operando in una sovrapposizione dei due stati, generati da un insieme di atomi che prendono il posto dei sistemi tradizionali, divenendo così bit quantistici o qubit.

 

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L’instabilità di un qubit

 

Come creare un ambiente stabile per un qubit, privo di interferenze che ne disturbino le capacità di memorizzare dati? I ricercatori hanno ingegnerizzato delle corde in diamante, “accordabili” per migliorare i tempi di memorizzazione da decine a diverse centinaia di nanosecondi, l’intervallo necessario per compiere numerose operazioni in un chip quantistico. Le impurità dei diamanti ossia difetti nella loro struttura cristallina (per essere più specifici, i centri di colore dovuti a una vacanza degli atomi di silicio) si sono rivelati dei potenti qubit, trappole in grado di catturare elettroni che funzionerebbero, in questo modo, come bit di memoria. Però la vibrazione degli atomi vicini, all’interno del cristallo, potrebbe “disturbare” l’elettrone che dimenticherebbe così l’informazione acquisita. Srujan Meesala, uno dei coautori della ricerca pubblicata su Nature Communications, ha affermato: “Essere un elettrone in un centro di colore è come cercare di studiare in un mercato chiassoso. C’è rumore intorno a te e, se vuoi memorizzare qualcosa, hai bisogno di chiedere alla folla di stare in silenzio oppure di trovare un modo di focalizzare la tua attenzione al di là del rumore”.

 

“Semplice” come accordare una chitarra

 

Gli scienziati hanno scelto la seconda via. Per migliorare la memoria dell’elettrone in un ambiente “rumoroso”, i ricercatori hanno intagliato un cristallo di diamante posizionando i centri di colore, le trappole per elettroni, in una sottile corda larga circa un micron (un millesimo di millimetro) e hanno attaccato degli elettrodi a entrambi i suoi lati. Applicando una tensione, la corda in diamante si restringe e aumenta la frequenza delle vibrazioni a cui l’elettrone è sensibile, proprio come succede alla corda di una chitarra quando la stringiamo e la sua frequenza o tono cresce. Meesala ha spiegato: “ Creando tensione nella corda abbiamo aumentato la scala di energia delle vibrazioni a cui è sensibile l’elettrone, ciò significa che può sentire solo vibrazioni a energia molto elevata. Questo processo modifica effettivamente le vibrazioni circostanti all’interno del cristallo, trasformandole in un mormorio di fondo irrilevante, permettendo all’elettrone nella vacanza (il centro di colore) di trattenere tranquillamente l’informazione per centinaia di nanosecondi, un tempo veramente molto lungo in scala quantistica. Una sinfonia di queste corde di diamante accordabili potrebbe servire come colonna portante per un futuro internet quantistico”.

 

Immagine di copertina: illustrazione rappresentante le corde in diamante usate per costruire una memoria quantistica. Credits: Second Bay Studios/Harvard SEAS

copertina   luglio-agosto 2018

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