20/06/2019
Un articolo pubblicato su 'Nature Materials', frutto di una collaborazione tra Università di Firenze (Unifi), Consorzio interuniversitario nazionale per la scienza e la tecnologia dei materiali (Instm), Istituto per i processi chimico-fisici del Cnr (Cnr-Ipcf) e Politecnico Federale di Zurigo (Eth), rappresenta un importante passo in avanti nello sviluppo della tecnologia necessaria per i computer quantistici di nuova generazione, in particolare di quelli basati su una grandezza quantistica degli elettroni, lo spin.
L'approccio più promettente per superare gli attuali limiti di potenza di calcolo dei computer, fondamentalmente fissati dal massimo livello di miniaturizzazione dei microprocessori raggiungibile con le tecniche note, è basato su fenomeni quantistici (https://it.wikipedia.org/wiki/Computer_quantistico). L'idea è di sostituire i bit classici, che possono assumere i valori binari 0 ed 1, con bit quantistici, i cosiddetti qubit, che possono essere ottenuti in elementi fisici molto più piccoli degli attuali transistor. La potenza di tali calcolatori può essere centinaia o migliaia di volte superiore a quella ottenibile con i computer tradizionali, ma tuttora ci sono grandi difficoltà legate all'utilizzo dei qubit: in prima battuta la loro estrema sensibilità al rumore - ovvero ai disturbi derivanti dall'ambiente che li circonda - che li rende estremamente instabili; inoltre, è necessario individuare delle tecniche di controllo dei qubit che siano, a loro volta, altamente miniaturizzabili. I calcolatori quantistici attualmente disponibili sul mercato sono ancora molto ingombranti e basati su di un limitato numero di qubit.
La realizzazione di computer quantistici in grado di superare in prestazioni i computer classici, ovvero la 'supremazia quantistica' (Quantum Supremacy) è quindi ad oggi una sfida aperta, in cui è necessario non solo aumentare il numero di qubit ma anche controllare efficientemente le interazioni fra i singoli qubit per poter operare con porte logiche quantistiche.
Nell'articolo pubblicato su 'Nature Materials', gli autori Maria Fittipaldi, Alberto Cini, Andrea Caneschi e Roberta Sessoli (Unifi e Instm), Giuseppe Annino (Cnr-Ipcf) e Alessandro Vindigni (Eth) hanno studiato il comportamento degli spin di particolari molecole a forma di elica sotto l'effetto di campi elettrici. Gli spin di queste molecole sono particolarmente interessanti da studiare poiché poco sensibili alle perturbazioni dell'ambiente che li circonda, come richiesto nella realizzazione dei computer quantistici. In particolare, i ricercatori hanno dimostrato che l'interazione tra spin vicini all’interno delle eliche molecolari, e quindi, in prospettiva, la manipolazione di gruppi di spin, può essere controllata attraverso campi elettrici, mediante un approccio altamente miniaturizzabile diversamente da quello comunemente impiegato, basato su campi magnetici.
I risultati presentati nell'articolo, ottenuti mediante una tecnica di misura messa a punto specificamente per questo studio, rappresentano quindi un importante passo avanti nello sviluppo di computer quantistici di nuova generazione basati su spin, in cui una potenza di calcolo estremamente elevata potrà essere combinata con un grande livello di miniaturizzazione.
Per informazioni:
Giuseppe Annino
Cnr-Ipcf
Area della Ricerca di Pisa Via G. Moruzzi, 1 - 56124 Pisa
geannino@ipcf.cnr.it
Luciano Celi, Cnr-Ipcf, tel: 050/3153498, email: l.celi@pi.ipcf.cnr.it
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