Quantistica

In una pietra miliare che avvicina in modo tangibile l'informatica quantistica all'uso pratico su larga scala, gli scienziati del Dipartimento di Fisica della Oxford University hanno dimostrato il primo esempio di informatica quantistica distribuita. Utilizzando un'interfaccia di rete fotonica, hanno collegato con successo due processori quantistici separati per formare un singolo computer quantistico completamente connesso, aprendo la strada all'affrontare sfide computazionali precedentemente irraggiungibili.

Comprendere le proprietà geometriche degli stati quantistici e le loro implicazioni nei fenomeni fisici fondamentali è un aspetto peculiare della fisica contemporanea. Il tensore geometrico quantico (quantum geometric tensor - QGT) è un oggetto fisico centrale in questo senso, codificando informazioni complete sulla geometria dello stato quantico. La parte immaginaria del QGT è la nota curvatura 'well-known Berry', che svolge un ruolo integrale nei fenomeni magnetoelettrici e optoelettronici topologici.

Anche i computer commettono errori. Questi vengono solitamente soppressi da misure tecniche o rilevati e corretti durante il calcolo. Nei computer quantistici, ciò comporta un certo sforzo, poiché non è possibile fare una copia di uno stato quantistico sconosciuto. Ciò significa che lo stato non può essere salvato più volte durante il calcolo e un errore non può essere rilevato confrontando queste copie. Ispirata dall'informatica classica, la fisica quantistica ha sviluppato un metodo diverso in cui le informazioni quantistiche vengono distribuite su diversi bit quantistici aggrovigliati e archiviate in modalità ridondante.

Con una velocità di elaborazione del segnale di 10 GBaud – un miliardo di volte più veloce delle sue controparti biologiche – il nuovo neurone graduato al laser potrebbe portare a scoperte rivoluzionarie in campi come l’intelligenza artificiale e altri tipi di elaborazione avanzata. Il corpo contiene vari tipi di cellule nervose, compresi i neuroni graduati che codificano le informazioni attraverso continui cambiamenti nel potenziale di membrana, consentendo un'elaborazione del segnale sottile e precisa.

I qubit superconduttori forniscono un approccio promettente al calcolo quantistico con tolleranza ai guasti su larga scala. Tuttavia, la connettività dei qubit su una superficie planare è generalmente limitata solo a pochi qubit vicini. Il raggiungimento di una connettività a lungo raggio e più flessibile, che è particolarmente interessante alla luce dei recenti sviluppi nei codici di correzione degli errori, tuttavia, di solito comporta complessi imballaggi multistrato e cablaggi esterni, che richiedono molte risorse e possono imporre limitazioni di fedeltà.

La scoperta, presentata dal giornale Science (1), aiuterà gli scienziati nella loro ricerca della superconduttività a temperatura ambiente, un sacro graal della fisica della materia condensata che consentirebbe una trasmissione di potenza senza perdite, macchine MRI più veloci e treni levitanti superveloci. Alcuni materiali che contengono rame e ossigeno mostrano superconduttività (dove l'elettricità scorre senza resistenza) a temperature relativamente elevate, ma comunque rigide, inferiori a meno 140 gradi Celsius.

Le reti in fibra ottica sono ben consolidate per accogliere il traffico dati globale attraverso una trasmissione coerente delle informazioni. La prossima generazione di telecomunicazioni richiederà l’integrazione delle informazioni quantistiche nelle reti in fibra ottica, ad esempio per la distribuzione delle chiavi quantistiche. Un percorso promettente e scalabile per abilitare la rete quantistica è la codifica delle informazioni quantistiche nella frequenza dei fotoni.

L’informatica quantistica, che utilizza le leggi della meccanica quantistica, può risolvere problemi urgenti in un’ampia gamma di campi, dalla medicina all’apprendimento automatico, che sono troppo complessi per i computer classici. I simulatori quantistici sono dispositivi costituiti da unità quantistiche interagenti che possono essere programmate per simulare modelli complessi del mondo fisico.

L'informatica quantistica è un campo interdisciplinare che sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in maniera più veloce ed efficiente rispetto ai computer classici. Una delle applicazioni più promettenti di questa tecnologia è il quantum annealing, una tecnica di ottimizzazione che utilizza il calcolo quantistico per risolvere problemi complessi trovando il minimo energetico di una funzione.