Una nuova di generazione di computer è alle porte. Computer la cui intelligenza sarà basata sull’entanglement quantistico. Dal bit passeremo al qubit. E’ una tecnologia, quella del Quantum Computing, che si basa su dei particolari processori, chiamati Quantum Computer, che sfruttano le leggi della fisica e della meccanica quantistica. Sono processori che permetteno di archiviare e manipolare enormi quantità di dati usando meno energia di un computer tradizionale e può elaborare informazioni con un approccio completamente nuovo.

Il qubit è la componente base di questi speciali calcolatori è ha la particolarità di potere essere 0 e 1 contemporaneamente. Gli stati quantistici, infatti, si sovrappongono, i calcoli vengono eseguiti parallelamente e si moltiplica notevolmente la velocità e potenza di calcolo, anche per calcoli particolarmente complessi. I tempi di elaborazione si riducono e operazioni che prima richiedevano anni, ora possono essere eseguite in pochi minuti.

Alla base di tutto c’è il principio dell’Entanglement, ovvero l’ intreccio, la combinazione tra più qubit che permette di generare una forte accelerazione nel processo di calcolo. Correlandosi tra loro i qubit perdono la propria natura di entità individuali e diventano un’unità di coppia formando un singolo sistema. Grazie a questo fenomeno i qubit, anche se fisicamente molto distanti tra loro, si influenzano l’un l’altro e misurandone uno si può automaticamente conoscere anche lo stato dell’altro senza doverlo misurare direttamente. L’entanglement è fondamentale per ogni tipo di calcolo quantistico ed è ciò che permette l’elaborazione di informazioni non processabili da un computer tradizionale.

La scoperta di Princeton 

Adesso i  ricercatori di Princeton sono riusciti per la prima volta a forzare le molecole in un entanglement quantistico. Le singole molecole sono state costrette in stati speciali di entanglement quantistico in cui possono rimanere correlate tra loro, anche se occupano le estremità opposte dell’Universo.

“Si tratta di una svolta nel mondo delle molecole a causa dell’importanza fondamentale dell’entanglement quantistico”, ha affermato Lawrence Cheuk, assistente professore di fisica all’Università di Princeton e autore senior dell’articolo. “Ma è anche una svolta per le applicazioni pratiche perché le molecole entangled possono essere gli elementi costitutivi di molte applicazioni future”.

La ricerca, “On-Demand Entanglement of Molecules in a Reconfigurable Optical Tweezer Array”, è stata recentemente pubblicata sulla rivista Science.

Applicazioni pratiche delle molecole entangled

Le applicazioni di molecole che hanno attraversato l’entanglement quantistico includono computer quantistici che possono risolvere determinati problemi più velocemente dei computer convenzionali. Le molecole possono essere utilizzate anche per simulatori quantistici in grado di modellare materiali complessi i cui comportamenti sono difficili da modellare e sensori quantistici in grado di misurare più velocemente rispetto alle loro controparti tradizionali.

Vantaggi delle molecole rispetto agli atomi

Il team dell’Università di Princeton ha manipolato singole molecole per controllarle e indurle a entrare in stati quantistici interconnessi. Ritengono che le molecole abbiano vantaggi rispetto agli atomi che le rendono più adatte per determinate applicazioni nell’elaborazione delle informazioni quantistiche e nella simulazione di materiali complessi. Rispetto agli atomi, le molecole hanno più gradi di libertà quantistici e possono interagire in modi nuovi. “Ciò significa, in termini pratici, che esistono nuovi modi di archiviare ed elaborare le informazioni quantistiche”, ha affermato Yukai Lu, studente laureato in ingegneria elettrica e informatica e coautore dell’articolo.

“Ad esempio, una molecola può vibrare e ruotare in molteplici modalità. Quindi, puoi utilizzare due di queste modalità per codificare un qubit. Se la specie molecolare è polare, due molecole possono interagire anche se separate spazialmente”.

Tuttavia, nonostante i loro vantaggi, le molecole sono difficili da controllare in laboratorio perché sono complesse. I loro attraenti gradi di libertà li rendono anche difficili da controllare in ambienti di laboratorio. Passi compiuti per l’entanglement quantistico molecolare.

Innanzitutto, il team ha scelto una specie molecolare che sia polare e possa essere raffreddata con i laser. Le molecole sono state raffreddate a temperature ultrafredde dove può verificarsi la meccanica quantistica. Le singole molecole sono state poi raccolte da un complesso sistema di raggi laser focalizzati chiamati pinzette ottiche.

Attraverso l’ingegnerizzazione di queste pinzette, il team ha creato grandi schiere di singole molecole per posizionarle in una configurazione unidimensionale. Hanno quindi codificato un qubit in uno stato non rotante e rotante della molecola. È stato dimostrato che questo qubit molecolare rimane coerente, ricordando la sua sovrapposizione. Pertanto, il team ha rivelato che potevano creare qubit ben controllati e coerenti da molecole controllate individualmente.

Per consentire l’entanglement quantistico molecolare, il team ha assicurato che le molecole potessero interagire utilizzando una serie di impulsi a microonde. Consentendo questa interazione per un preciso periodo di tempo, il team ha potuto implementare un cancello a due qubit che intrecciava due molecole. Questo è importante perché una porta a due qubit così intricata è un elemento fondamentale per l’informatica quantistica universale e la simulazione di materiali complessi.

Potenziale per nuove scoperte nella scienza quantistica

La ricerca aiuterà a indagare diverse aree della scienza quantistica. Il team è particolarmente interessato a esplorare la fisica delle molecole interagenti che possono essere utilizzate per simulare sistemi quantistici a molti corpi in cui possono apparire comportamenti emergenti interessanti come nuove forme di magnetismo.

Cheuk ha affermato: “L’uso delle molecole per la scienza quantistica è una nuova frontiera e la nostra dimostrazione dell’entanglement su richiesta è un passo fondamentale nel dimostrare che le molecole possono essere utilizzate come una piattaforma praticabile per la scienza quantistica”.

I risultati confermati da ricercatori esterni

In un articolo separato pubblicato sulla rivista Science, un gruppo di ricerca indipendente ha riportato il raggiungimento di risultati simili. Cheuk ha concluso: “Il fatto che abbiano ottenuto gli stessi risultati conferma l’attendibilità dei nostri risultati. “Mostrano anche che gli array di pinzette molecolari stanno diventando una nuova entusiasmante piattaforma per la scienza quantistica”.