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Computer quantistici, la sfida ora è arrivare a milioni di qubit
Gruppi dell’Università di Oxford, di Harvard, del National Institute of Standards and Technology e della startup QuEra stanno sviluppando architetture profondamente diverse per la computazione quantistica. Una ricognizione pubblicata di recente mostra apparati, trappole e sistemi di controllo impiegati nei laboratori: il problema comune è trasformare ogni fragile qubit in un componente manipolabile e, soprattutto, ripetibile su larga scala.
Un bit tradizionale assume uno dei due valori 0 e 1, mentre un qubit può sfruttare fenomeni come la superposizione e l’entanglement. Queste proprietà permettono di elaborare l’informazione in modi inaccessibili ai circuiti classici per alcuni problemi specifici, ma vengono facilmente disturbate dal calore, dai campi elettromagnetici e dalle interazioni incontrollate con l’ambiente. Isolamento e controllo devono quindi convivere nello stesso dispositivo.
Una delle strade utilizza gli ioni intrappolati, ottenuti rimuovendo un elettrone dagli atomi e immobilizzandoli mediante campi elettrici. A Oxford un singolo ione di stronzio è stato confinato tra elettrodi metallici e reso visibile attraverso la luce emessa dopo l’assorbimento di fotoni laser. Per aumentare il numero di elementi, il NIST ha sperimentato trappole superficiali con elettrodi d’oro e un rivelatore di fotoni integrato nel chip.
Un approccio alternativo impiega atomi neutri, mantenuti in posizione da fasci laser estremamente focalizzati chiamati pinzette ottiche. Gli apparati richiedono specchi, fibre, lenti e rivelatori per spostare, misurare e manipolare gli atomi. Nella cella a vuoto sviluppata da QuEra, bobine disposte attorno al vetro regolano con precisione il campo magnetico nella regione in cui vengono formate le matrici atomiche.
Altri laboratori costruiscono qubit artificiali attraverso minuscoli circuiti superconduttori di metalli come alluminio e niobio. Perché funzionino, questi componenti devono essere raffreddati a temperature estremamente basse all’interno di refrigeratori a diluizione. La produzione può riprendere alcuni processi della microfabbricazione classica, ma il cablaggio, l’elettronica di controllo e la gestione del calore diventano più complessi con ogni elemento aggiunto.
La varietà degli apparati mostra che il settore non ha ancora trovato un equivalente quantistico del transistor, economico e facilmente replicabile. Per capire il punto di partenza è utile considerare il funzionamento di un computer quantistico, ma il passaggio decisivo riguarda la scala: non basta dimostrare che pochi qubit possono essere controllati in laboratorio se rumore ed errori crescono insieme al sistema.
Le stime citate dai ricercatori indicano almeno decine di migliaia di qubit, e forse milioni, per realizzare macchine capaci di affrontare applicazioni realmente utili con un’adeguata correzione degli errori. Si tratta di valutazioni, non della prova che una specifica architettura raggiungerà quel traguardo. Ioni, atomi neutri, circuiti superconduttori, spin elettronici e fotoni restano candidati in competizione, ciascuno con compromessi differenti tra stabilità, velocità e possibilità di produzione.
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