I computer quantistici hanno un immenso potenziale per risolvere problemi complessi che mettono in difficoltà anche i computer classici più potenti. Sfruttano i bit quantistici (qubit) – analoghi agli 0 e agli 1 nell’informatica classica, ma con una flessibilità molto maggiore – per elaborare le informazioni in modo esponenzialmente più veloce. Tuttavia, la costruzione di un computer quantistico veramente funzionale richiede un numero enorme di qubit stabili e controllabili.
È qui che entra in gioco la ricerca sui punti quantici. Queste nanostrutture possiedono proprietà uniche che le rendono candidati ideali per i qubit. Recenti scoperte si sono concentrate sulla creazione e sul controllo simultaneo di più punti quantici, poiché ciò apre la porta allo studio di interazioni quantistiche complesse essenziali per calcoli avanzati.
Un trionfo di triplette in ossido di zinco
Gli scienziati dell’Istituto avanzato per la ricerca sui materiali (WPI-AIMR) dell’Università di Tohoku hanno raggiunto un traguardo significativo creando e controllando elettricamente con successo tripli punti quantici all’interno dell’ossido di zinco (ZnO). Questo risultato, dettagliato in Scientific Reports, segna un importante progresso perché mentre i punti quantici singoli e doppi nello ZnO erano stati precedentemente dimostrati, la manipolazione di tre o più punti interconnessi rimaneva una sfida formidabile.
Il fascino di ZnO non risiede solo nella sua idoneità alla fabbricazione di punti quantici, ma anche nelle sue proprietà intrinseche. ZnO è un semiconduttore rinomato per le sue forti correlazioni elettroniche e la buona coerenza di spin, caratteristiche cruciali per il funzionamento affidabile dei qubit.
Svelazione dei fenomeni quantistici
Al di là del semplice controllo, i ricercatori hanno osservato un fenomeno affascinante noto come effetto automi cellulari quantistici (QCA) all’interno del loro sistema a triplo punto quantico. Questo effetto, esclusivo dei sistemi con tre o più punti quantici accoppiati, sottolinea l’emergere di un nuovo comportamento quando interagiscono più qubit. In questo caso, la configurazione di carica in un punto quantico ha influenzato direttamente i punti vicini attraverso l’accoppiamento elettrostatico, innescando un movimento sincronizzato di due elettroni. Questo “effetto domino” ha implicazioni significative per lo sviluppo di operazioni logiche quantistiche a bassa potenza, un elemento fondamentale del calcolo quantistico.
La strada verso l’informatica quantistica scalabile
Questi risultati rappresentano un passo cruciale verso la realizzazione di computer quantistici pratici. ZnO, già familiare nelle applicazioni quotidiane come i filtri solari e l’elettronica trasparente, è ora al centro della scena come potenziale piattaforma per la costruzione di sistemi quantistici stabili e scalabili. Ulteriori ricerche si concentreranno sul controllo preciso di queste interazioni quantistiche all’interno della struttura ZnO per consentire operazioni di qubit coerenti, insegnando essenzialmente ai qubit a “parlare” tra loro ed eseguire calcoli.
Se i ricercatori riuscissero in questo sforzo, i computer quantistici potrebbero rivoluzionare campi come la progettazione dei materiali, la scoperta di farmaci e la crittografia, affrontando problemi attualmente intrattabili anche per le nostre macchine classiche più potenti.
