“Quantum Refrigerator” è un modo completamente nuovo per resettare i computer quantistici. È lo stesso principio di un frigorifero, ma fino allo zero assoluto e a livello atomico!
Impressione artistica del sistema di refrigerazione con il qubit raffreddato nella croce centrale. Credito immagine: Chalmers University of Technology/Boid AB/NIST
I computer quantistici rappresentano il prossimo grande salto nell’informatica, portando le proprietà peculiari della meccanica quantistica nelle operazioni dei computer. Funzionano con qubit – bit quantistici – che possono essere utilizzati per eseguire calcoli molto più velocemente rispetto ai bit dei computer tradizionali. Tuttavia, ci sono ostacoli da superare, e uno di questi è assicurarsi che i qubit non accumulino errori. I qubit sono particolarmente sensibili al calore e alle radiazioni, quindi l’ideale sarebbe poter resettare i qubit dopo un calcolo. Un approccio consiste nel raffreddarli a una frazione di grado sopra lo zero assoluto e mantenerli lì. La maggior parte delle tecniche all’avanguardia può portare i qubit a 40-49 milliKelvin, a pochi centesimi di grado sopra lo zero assoluto. Il lavoro presentato in un nuovo articolo è andato ancora oltre. Il loro frigorifero quantistico ad assorbimento è formato utilizzando circuiti superconduttori e può raffreddare un qubit a 22 milliKelvin, riducendo enormemente la possibilità di errori fin dall’inizio.
“In un computer quantistico, gli errori iniziali possono accumularsi man mano che il calcolo procede,” ha detto in una dichiarazione Mohammed Ali Aamir, della Chalmers University of Technology. “Più riesci a eliminarli all’inizio, più sforzo risparmierai in seguito.”
Il raffreddamento drastico fornito ai qubit è come pulire una lavagna, in modo che il qubit possa essere utilizzato di nuovo, senza preoccuparsi degli errori. “Se non raffreddassi il qubit a una temperatura così bassa, non saresti in grado di cancellare la lavagna così a fondo,” ha spiegato Nicole Yunger Halpern, fisica presso il NIST e il Joint Center for Quantum Information and Computer Science dell’Università del Maryland. “Pensiamo che questo approccio aprirà la strada a un’informatica quantistica più affidabile,” ha detto Ali. “È difficile gestire gli errori nei computer quantistici al momento. Iniziare più vicino allo stato fondamentale si tradurrà in meno errori da correggere in seguito, riducendo gli errori prima che si verifichino.”
Il frigorifero quantistico utilizza anche qubit, uno collegato a una parte più calda del sistema che funge da alimentazione, e un altro che è un dissipatore di calore, dove il calore del qubit computazionale effettivo andrebbe nel processo di refrigerazione. L’approccio funziona autonomamente ed è per questo che il team è entusiasta di aver sviluppato un tale approccio. “La tecnica in questo articolo potrebbe beneficiare i computer quantistici,” ha aggiunto Yunger Halpern. “Potrebbe affrontare uno dei problemi nella progettazione dei computer quantistici, e mostra anche che possiamo sifonare il calore da una parte del frigorifero del computer e convertire il calore in lavoro. Potrebbe introdurre capacità tecnologiche a cui non abbiamo ancora pensato.”
Un articolo che discute i risultati è pubblicato sulla rivista Nature Physics.