Majorana 1, Il chip quantistico di Microsoft
Il chip quantistico appena presentato da Microsoft (intitolato al grandissimo – e tormentato – fisico catanese Ettore Majorana) è significativamente diverso rispetto agli altri attualmente studiati e utilizzati. Majorana 1, infatti, utilizza i cosiddetti qubit topologici, ossia un tipo di qubit che utilizza gli stati topologici della materia per immagazzinare ed elaborare informazioni. È necessaria un’altra parentesi: gli stati topologici della materia sono una categoria di stati della materia le cui caratteristiche sono legate alla loro topologia, cioè – detto rozzamente, non ce ne vogliano i matematici – a qualcosa di simile alla loro forma. La topologia, in particolare, è la branca della matematica che studia le proprietà che rimangono invariate quando un oggetto viene deformato. A differenza degli stati convenzionali della materia, gli stati topologici hanno proprietà molto peculiari che li rende particolarmente adatti alla realizzazione di superconduttori e ad applicazioni, per l’appunto, nel campo del calcolo quantistico.
Rispetto ai qubit tradizionali, i qubit topologici sono molto più stabili, il che vuol dire meno suscettibili agli errori causati dal “rumore” ambientale; in più, richiedono molta meno correzione degli errori e possono essere controllati digitalmente in modo più semplice. Tutto questo li rende particolarmente scalabili, cioè, in sostanza, rende possibile, almeno in linea teorica, realizzare un processore con un numero di qubit molto più alto. Un processore che, finalmente, potrebbe essere usato per applicazioni reali. Majorana è proprio un esempio di processore quantistico basato su qubit topologici.
“Abbiamo reinventato il transistor”
A Redmond, naturalmente, c’è molto entusiasmo per l’impresa. “Proprio come l’invenzione dei semiconduttori ha reso possibile la costruzione degli smartphone e dei computer – dicono dall’azienda – i topoconduttori e questo nuovo tipo di chip spiana la strada per lo sviluppo di computer quantistici scalabili fino a un milione di qubit, e in grado di affrontare la maggior parte dei problemi industriali e sociali”. “Abbiamo fatto un passo indietro e ci siamo detti: ‘Proviamo a inventare il transistor dell’era quantistica. Quali proprietà vogliamo che abbia?’ – dice Chetan Nayak, ricercatore Microsoft – Così siamo arrivati qui, a sviluppare un qubit e un’architettura completamente diversi”. Per riuscirci, i ricercatori hanno sviluppato ex novo un insieme di materiali, composti di arseniuro di indio e alluminio, progettati e fabbricati atomo per atomo per ridurre al minimo i difetti. Successivamente, hanno testato (e validato) il chip con una prova che prevede la misurazione della capacità quantistica di un punto accoppiato a un nanofilo: in altre parole, il chip si è rivelato abbastanza sensibile da riuscire a rilevare la differenza tra un miliardo di elettroni e un miliardo e un elettrone in un filo conduttore.
Cosa ci faremo?
Per ora, ancora niente di concreto. Ma Microsoft ha un piano ambizioso per il futuro prossimo: l’azienda prevede di costruire un prototipo di computer quantistico scalabile e resistente agli errori (fault-tolerant) entro pochi anni, e successivamente – sempre su scala temporale di anni – di realizzare computer quantistici in grado di risolvere problemi reali. Qualche esempio: il calcolo quantistico su questa scala potrebbe essere utilizzato per progettare e sviluppare materiali auto-riparanti per ponti, agricoltura sostenibile e scoperta di sostanze chimiche più sicure, risparmiando una quantità enorme del tempo e del denaro attualmente necessari alla loro progettazione e sperimentazione. O anche per risolvere problemi che i supercomputer più potenti di oggi non possono affrontare, come prevedere accuratamente i processi quantistici che determinano le proprietà di molti materiali. O ancora, e qui siamo all’inception, per progettare l’architettura della prossima generazione di computer quantistici, ancora più potenti ed efficienti.
Fonte : Wired
