Un passo più vicini al calcolo quantistico
Nei computer convenzionali, i dati vengono resi come bit che sono sempre in uno dei due stati: 0 e 1. Un bit quantistico, chiamato anche qubit, può presentare contemporaneamente entrambi questi stati, una condizione nota come sovrapposizione. Questa stranezza quantistica permette l’esecuzione in parallelo di molti calcoli. Far comunicare i qubit tra loro, e creare così una porta logica, ha dimostrato di essere un compito arduo. Tuttavia, le porte logiche a due qubit, su molte coppie di atomi in parallelo, stanno raggiungendo una realizzazione, grazie al modello di ripetizione dei reticoli ottici e ai lunghi tempi di coerenza degli atomi neutri disposti in tali sistemi. Un team di scienziati che lavorano al progetto NODOS (Non-adiabatic quantum dynamics in novel optical superlattices), finanziato dall’UE, hanno sviluppato una tecnica per realizzare una porta logica a due qubit su una coppia selezionata di atomi. La soluzione proposta prevede l’utilizzo di super-reticoli. I reticoli ottici per atomi ultrafreddi sono realizzati mediante raggi laser sovrapposti contro-propaganti. I ricercatori NODOS hanno sviluppato una struttura ottica a super-reticolo costituita da due reticoli ottici con periodicità simili, allo scopo di confinare atomi di rubidio (Rb). Grazie a tale struttura di atomi ultrafreddi di Rb, è possibile realizzare una porta logica a due qubit su una coppia selezionata di atomi vicini, sfruttando le interazioni relative al cambiamento di spin. Per ottenere tale porta logica è necessaria la fusione di due atomi nello stesso luogo del reticolo, in modo tale che le loro funzioni d’onda si sovrappongano. Nello specifico, controllando la frequenza e l’intensità relative del super-reticolo ottico, i ricercatori propongono di fondere coppie di atomi interagenti in un unico luogo del reticolo. Tale porta logica a due qubit potrebbe scambiare qubit in meno di un millisecondo con una probabilità di errore inferiore a 10-3. Inoltre, l’architettura ottica a super-reticolo induce uno spostamento di posizione iperfine, diversi ordini di grandezza inferiore rispetto alla lunghezza d’onda del laser, consentendo anche la realizzazione di una porta a singolo qubit. I risultati del progetto NODOS sono stati descritti in una pubblicazione nella rinomata rivista Physical Review A. Con gli elementi di base per la costruzione di un computer quantistico e l’apparato sperimentale pronto all’uso, il team di ricerca può iniziare a costruire un computer quantistico funzionante.
Parole chiave
Computazione quantistica, qubit, porte logiche, reticoli ottici, atomi ultrafreddi, variazioni di spin