La memoria quantistica può conservare i dati sotto forma di vibrazioni sonore: sviluppato un nuovo chip
Un gruppo di ricercatori del Politecnico federale di Zurigo (ETH Zurich) ha sviluppato un chip quantistico capace di memorizzare informazioni utilizzando le vibrazioni sonore. La nuova tecnologia potrebbe contribuire a superare uno dei principali ostacoli dei computer quantistici: la difficoltà di conservare gli stati quantistici abbastanza a lungo da completare operazioni complesse.
Il dispositivo sfrutta una particolare architettura che separa l’elaborazione dei dati dalla loro memorizzazione. Anziché affidare entrambe le funzioni ai qubit, i ricercatori hanno utilizzato risonatori meccanici in grado di conservare le informazioni sotto forma di fononi, ovvero quanti di vibrazione meccanica.
I risultati sperimentali indicano che questa soluzione può prolungare significativamente la durata degli stati quantistici, mantenendo dimensioni estremamente compatte.
Come funziona la memoria quantistica basata sulle onde sonore
Nei tradizionali computer quantistici superconduttori, i qubit vengono utilizzati sia per eseguire i calcoli sia per conservare le informazioni. Questa doppia funzione rappresenta un limite, perché gli stati quantistici sono particolarmente delicati e possono deteriorarsi rapidamente a causa delle interazioni con l’ambiente.
Per affrontare il problema, gli scienziati dell’ETH Zurich hanno progettato un sistema in cui i qubit si occupano dell’elaborazione, mentre la memoria viene affidata a risonatori separati.
La particolarità del nuovo chip è l’impiego di risonatori acustici al posto dei più ingombranti componenti elettromagnetici. Le informazioni quantistiche vengono immagazzinate nelle vibrazioni meccaniche del materiale, sfruttando le proprietà delle onde sonore.
Questa scelta offre un importante vantaggio in termini di miniaturizzazione. Il suono si propaga nei materiali solidi molto più lentamente della luce e, a parità di frequenza, presenta una lunghezza d’onda circa 10.000 volte inferiore.
Grazie a questa caratteristica, i ricercatori sono riusciti a integrare diversi canali di memoria in un dispositivo che misura appena 7,5 × 2,5 × 1 millimetri.
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Gli stati quantistici durano fino a 16 volte più a lungo
Il componente centrale del sistema è un risonatore in zaffiro, progettato per supportare numerose modalità di vibrazione, ciascuna delle quali può funzionare come una cella di memoria indipendente.
Questa configurazione permette di conservare più stati quantistici all’interno dello stesso dispositivo, senza dover ricorrere a un risonatore elettromagnetico separato per ogni canale.
Durante gli esperimenti, i ricercatori hanno misurato tempi di conservazione degli stati quantistici compresi tra 127 e 368 microsecondi nelle diverse modalità acustiche.
Si tratta di una durata da 5 a 16 volte superiore rispetto a quella del qubit collegato al sistema. Un risultato che dimostra il potenziale dei risonatori meccanici per realizzare memorie quantistiche più durature e compatte.
Il dispositivo non si è limitato a conservare le informazioni. Gli scienziati hanno verificato anche la possibilità di eseguire operazioni quantistiche utilizzando la nuova architettura.
In particolare, sfruttando tre modalità acustiche, sono riusciti a realizzare una trasformata quantistica di Fourier e un algoritmo per la ricerca del periodo, due operazioni rilevanti nell’ambito del calcolo quantistico.
Una tecnologia ancora sperimentale, ma promettente per i futuri computer quantistici
Nonostante i risultati ottenuti, il chip sviluppato dall’ETH Zurich è ancora un prototipo sperimentale e non rappresenta una soluzione già pronta per l’impiego nei computer quantistici commerciali.
Prima di poter utilizzare questa tecnologia su larga scala, i ricercatori dovranno aumentare il numero di modalità acustiche disponibili, migliorare la velocità delle operazioni e ridurre gli errori che potrebbero emergere con l’espansione del sistema.
La possibilità di integrare numerose celle di memoria in un unico risonatore costituisce comunque un passo importante verso architetture quantistiche più compatte.
Se le difficoltà tecniche verranno superate, la memoria quantistica acustica potrebbe ridurre la necessità di utilizzare grandi componenti elettromagnetici, facilitando la realizzazione di sistemi con un maggior numero di canali di memoria.
L’obiettivo è sviluppare computer quantistici capaci di conservare le informazioni più a lungo e di gestire operazioni sempre più complesse, sfruttando le vibrazioni della materia come supporto per i dati.
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