Un dispositivo di nuova invenzione controlla migliaia di qubit

Un team di scienziati e ingegneri dell’Università di Sydney e della Microsoft Corporation hanno collaborato per sviluppare un nuovo dispositivo che ha grandi implicazioni per l’informatica quantistica. Il singolo chip può funzionare 40 volte a temperature più basse dello spazio profondo ed è in grado di controllare segnali per migliaia di qubit, che sono gli elementi costitutivi fondamentali dei computer quantistici.

I risultati sono stati pubblicati in Elettronica per la natura. 

Il professor David Reilly è il responsabile della progettazione del chip. Ha una posizione congiunta con l'Università di Sydney e Microsoft.

"Per realizzare il potenziale del calcolo quantistico, le macchine dovranno far funzionare migliaia se non milioni di qubit", ha affermato il professor Reilly. 

"I più grandi computer quantistici del mondo attualmente funzionano con solo 50 qubit circa", ha continuato. “Questa piccola scala è in parte dovuta ai limiti dell'architettura fisica che controlla i qubit. Il nostro nuovo chip pone fine a questi limiti.”

Sistemi Quantistici

Uno dei requisiti principali di un sistema quantistico efficiente è che i qubit funzionino a temperature intorno allo zero, o -273.15 gradi. La ragione di questo requisito di temperatura è che i qubit non perdono il loro carattere di materia o luce, che è richiesto dai computer quantistici per eseguire applicazioni specializzate. 

Uno dei motivi per cui i sistemi quantistici spesso coinvolgono molti fili è che operano sulla base di istruzioni, che si presentano sotto forma di segnali elettrici inviati e ricevuti.

Il professor Reilly è anche il capo investigatore presso l'ARC Center for Engineered Quantum Systems (EQUS). 

“Le macchine attuali creano una bellissima serie di cavi per controllare i segnali; sembrano un nido d'uccello o un lampadario dorato rovesciato. Sono carini, ma fondamentalmente poco pratici. Significa che non possiamo ridimensionare le macchine per eseguire calcoli utili. C'è un vero e proprio collo di bottiglia input-output", ha affermato il professor Reilly.

Secondo il Dr. Kushal Das, Microsoft Senior Hardware Engineer e inventore congiunto del dispositivo, “Il nostro dispositivo elimina tutti quei cavi. Con solo due fili che trasportano informazioni come input, può generare segnali di controllo per migliaia di qubit. Questo cambia tutto per il calcolo quantistico.

Laboratori quantistici Microsoft

Il nuovo chip è stato inventato presso i Microsoft Quantum Laboratories, che si trova presso l'Università di Sydney. La partnership riunisce i due mondi diversi per trovare approcci innovativi alle sfide ingegneristiche.

“Costruire un computer quantistico è forse il compito ingegneristico più impegnativo del 21° secolo. Questo non può essere ottenuto lavorando con un piccolo team in un laboratorio universitario in un singolo paese, ma ha bisogno delle dimensioni offerte da un gigante tecnologico globale come Microsoft", ha affermato il professor Reilly.

“Attraverso la nostra partnership con Microsoft, non abbiamo solo suggerito un'architettura teorica per superare il collo di bottiglia input-output, ma l'abbiamo costruita.

"Lo abbiamo dimostrato progettando un chip di silicio personalizzato e accoppiandolo a un sistema quantistico", ha affermato. "Sono fiducioso di affermare che questo è il circuito integrato più avanzato mai costruito per funzionare a temperature criogeniche elevate".

Il chip di nuova concezione potrebbe svolgere un ruolo importante nell'avanzamento dei computer quantistici, che sono una delle tecnologie più rivoluzionarie alla nostra portata. I computer quantistici sono estremamente avanzati nelle loro capacità di risolvere problemi che i computer classici non possono risolvere, come quelli nei campi della crittografia, della medicina, dell'intelligenza artificiale e altro ancora.