Computer quantistici: ecco come diventano un laboratorio di fisica sperimentale grazie a Cnr, Scuola Normale Superiore e Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Sissa)
Un computer quantistico è una macchina progettata per fare calcoli. Ma un gruppo di fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), Scuola Normale Superiore e Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Sissa) ne ha proposto un uso innovativo impiegandolo per fare esperimenti di fisica fondamentale. Sembra una distinzione di poco conto ma non lo è, sostiene Michele Campisi dell’Istituto Nanoscienze del Cnr (CnrNano) che ha coordinato lo studio pubblicato sulla rivista PRX Quantum. “Abbiamo notato che, se considerato da un punto di vista prettamente fisico, un computer quantistico non è altro che un laboratorio di fisica sperimentale controllabile da remoto tramite internet”, afferma il ricercatore. Con questa idea i ricercatori – Michele Campisi (CnrNano) Andrea Solfanelli (Sissa) e Alessandro Santini (Sissa) – hanno usato il computer quantistico della IBM, il processore IBM Quantum, per eseguire una serie di esperimenti dedicati a verificare alcune predizioni teoriche nel campo della termodinamica quantistica. Il risultati sperimentali hanno validato la teoria, e hanno permesso di comprendere meglio i meccanismi alla base dei fenomeni termici nei dispositivi quantistici.
Comprendere i fenomeni termici alla nano-scala, in cui gli effetti quantistici sono predominanti, è importante per migliorare l’efficacia dei dispositivi quantistici. “Solitamente gli effetti termici sono deleteri per il funzionamento di un dispositivo quantistico”, spiega Campisi che lavora a Pisa nel Laboratorio NEST di CnrNano e Scuola Normale Superiore, “e il loro studio permette di mettere in campo strategie per controllarli. Ad esempio è noto che i qubits, le unità di calcolo alla base dei computer quantistici, funzionano tanto meglio quanto più sono raffreddati. Sulla base dei risultati di questo studio, stiamo già studiando delle strategie atte a raffreddare i qubit del computer quantistico”.
Oltre alla comprensione di fenomeni termodinamici ottenuti con questo lavoro, lo studio è rilevante per l’utilizzo innovativo che i ricercatori hanno fatto di un computer quantistico. Impiegandolo per fare esperimenti di fisica fondamentale, hanno infatti potuto svolgere in maniera estremamente veloce ed economica esperimenti che avrebbero richiesto altrimenti un grosso investimento di tempo e denaro. “La scienza di base è necessaria a sviluppare la tecnologia quantistica. Questo studio dimostra che è vero anche il contrario: che la tecnologia quantistica può essere usata per avanzare la scienza di base, innescando un circolo virtuoso fra scienza di base e tecnologiche quantistiche”, conclude Campisi.
Didascalia dell’immagine: Rappresentazione di un algoritmo quantistico usato nell’esperimento. Tali diagrammi si leggono da sinistra verso destra: ogni linea rappresenta un qubit e i blocchi sono le operazioni su di esso; la linea doppia rappresenta un bit classico nel quale scrivere i risultati finali
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