Come creare un computer quantistico

Il professor Leo Kouwenhoven è un membro chiave del team di informatica quantistica di Microsoft e guida un team di ingegneri e ricercatori presso il laboratorio Microsoft Quantum Lab di Delft, in Olanda. Gli abbiamo chiesto perché è così difficile creare un computer quantistico.

Perché è così complicato creare un computer quantistico? Non abbiamo tutte le risposte a questa domanda. Sappiamo però che, nel mondo degli atomi e delle molecole, le regole che governano il loro comportamento sono quantistiche. Nel nostro mondo, quello dove le palle e le mele cadono a terra, le regole sono classiche. Ciò che ancora ci sfugge è quale sia la connessione tra i due insiemi di regole.

Se vogliamo creare un computer quantistico, dobbiamo utilizzare le nostre conoscenze classiche per costruire e controllare un sistema quantistico. Non è facile. Ci serviamo di oggetti e segnali classici e tentiamo di instillarvi un comportamento quantistico.

Ma non si tratta della meccanica quantistica di atomi e molecole. Qui utilizziamo chip elettronici. Li progettiamo e li controlliamo in modo tale che il comportamento dominante degli elettroni dentro quei chip sia quantistico.

La quantistica in tasca

Potresti pensare che un computer quantistico sia veramente piccolo, considerando che per creare un circuito quantistico utilizziamo particelle più piccole. Ma ciò non è del tutto vero. Il circuito quantistico in se stesso è molto piccolo, praticamente invisibile all’occhio nudo. Ma la macchina di cui abbiamo bisogno per raffreddarlo e controllarlo è enorme, almeno rispetto ai computer che oggi abbiamo nelle nostre tasche.

Perché abbiamo bisogno di raffreddare il circuito con macchine così grandi? Beh, dobbiamo portarlo fino quasi allo zero assoluto, lo zero Kelvin, per ottenere un comportamento dominante quantistico nei chip.

A temperatura ambiente tutto è classico e non quantistico, dove gli oggetti sono in sovrapposizione. Vale a dire, in due diverse posizioni nello stesso momento. A queste temperature molto basse, raggiunte grazie a frigoriferi alti più metri, riusciamo a creare oggetti quantistici.

Certamente non qualcosa che vorresti metterti in tasca!

L’approccio quantistico di Microsoft

L’approccio di Microsoft all’informatica quantistica è diverso. È quello che viene chiamato “topologico”. Tradizionalmente, creare un circuito quantistico è come costruire un castello di carte. Provi a costruire una grande struttura mettendo le carte una sull’altra, ma basta un minimo rumore o una minima interferenza dall’esterno per distruggere tutto.

Con un circuito topologico, basato su qubit topologici, abbiamo qualcosa di più simile ai mattoncini Lego. Questo tipo di costruzione ci permette di connettere più facilmente i mattoncini e creare strutture enormi senza indebolire l’impianto.

Qui sta la grande differenza tra i circuiti costruiti con qubit e quelli costruiti con qubit topologici. Un castello di carte ingrandendosi diventa meno stabile, mentre una struttura tipo Lego guadagna solidità.

“Il futuro è quantistico”

Il nostro approccio collaborativo alla quantistica ci consente di accelerare l’apprendimento scientifico e portare l’informatica a un nuovo livello. Questi progressi scientifici sono possibili solo con una stretta associazione di tecnica e teoria.

Contando su qubit topologici stabili, possiamo evolvere rapidamente e contribuire a risolvere alcuni problemi di vita reale grazie all’informatica quantistica. Problemi quali il cambiamento climatico, le malattie, le sfide economiche, i rompicapi dell’ottimizzazione come gli ingorghi di traffico, la robotica e molto altro ancora.

Connettendo un computer quantistico alla piattaforma cloud di Azure, possiamo rendere questa potenza di calcolo disponibile a molte più persone e dare loro la possibilità, oltre che a te, di fare cose incredibili.

Siamo convinti che il futuro sia quantistico e Microsoft è impegnata a sostenere questa rivoluzione. Vorremmo che anche tu ne facessi parte.