Scienziati della University of Michigan hanno creato il primo microchip (o nanochip) quantistico, che potrebbe aprire la strada alla produzione di una nuova generazione di computers super-veloci e super-potenti. Lavorare con singoli ioni è stata la chiave per costruire delle potentissime unità computeristiche che sostituiranno gli attuali transistors sfruttando le fantastiche proprietà della fisica quantistica.

Se un microchip a semiconduttori raggiunge le dimensioni di un francobollo, il dispositivo disegnato e realizzato dagli scienziati del Michigan, conosciuto come una “ion trap”, (trappola per ioni), ha consentito di isolare dei singoli atomi carichi elettricamente e di manipolare il loro “stato quantico”. Uno ione esprime una carica positiva o negativa a seconda degli elettroni in più o in meno dell'atomo a cui fà riferimento. Gli ioni sono i blocchi costituenti preferiti per formare un sistema quantistico.

“L'atomo di cadmio che perde un elettrone diventa uno ione carico negativamente e può essere controllato con un campo elettrico”, spiega Daniel Stick del dipartimento di fisica della University of Michigan, che ha partecipato al lavoro. Per isolare uno ione, gli scienziati lo hanno confinato nella “trappola” mentre applicavano dei campi elettrici. Mediante laser, hanno poi manipolato la rotazione dell'elettrone libero. La rotazione dell'elettrone determina il valore di un “bit quantistico”, o “qubit”. Per esempio, una rotazione verso l'alto può rappresentare un 1, mentre una rotazione verso il basso può rappresentare uno 0, ma il qubit, rispetto ai tradizionali bit, può assumere anche un terzo valore, intermedio, può cioè occupare entrambi gli stati simultaneamente (magia quantistica, ndr).

Questa, per molti versi ancora enigmatica, possibilità data dalla meccanica quantistica è proprio ciò che fornisce al qubit la sua maggiore potenza di elaborazione rispetto al tradizionale sistema binario. Conosciuta come “superposizione quantistica”, questa abilità del qubit di assumere contemporaneamente due stati quantici significa in termini di calcolo che si potranno effettuare delle computazione ad un maggiore tasso di velocità, esponenziale.

In pratica, ogni volta che si aggiunge un qubit ad un sistema di elaborazione quantistico, questo raddoppia la sua potenza di elaborazione. Il nuovo chip, realizzato in gallium arsenide, potrà essere facilmente prodotto in massa grazie alla microlitografia, lo stesso processo con cui si fanno i microchips tradizionali. Gli scienziati possono “crescere” il chip usando using strati multipli spessi quanto un atomo in un processo chiamato “molecular beam epitaxy” (MBE), che serve alla crescita di strati epitassiali per mezzo di fasci molecolari attraverso un macchinario ultra-complesso e ultra-costoso.

Il chip finito ha uno spazio vuoto nel suo centro disegnato appositamente per dimensioni estremamente precise. Degli elettrodi circondano lo spazio, che è aperto per consentire l'accesso a fasci laser e a osservazioni dello ione intrappolato. Pulsazioni laser sparate nel cadmio vaporizzato preparano gli ioni alla “cattura”. Una volta che lo ione è stato intrappolato, è lasciato fluttuare nei campi elettrici erogati dagli elettrodi del chip.

Il fatto che le dimensioni del chip possano essere “scalate”, venendo incontro alle esigenze di specifici progetti, lo rende ancora più competitivo. “Il nostro obiettivo è di eventualmente sviluppare un chip che possa intrappolare 10 ioni alla volta”, dice Christopher Monroe, che ha guidato il progetto, “ma per il momento dobbiamo assicurarci che funzioni”.

Istituzione scientifica citata nell'articolo:

University of Michigan

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