Un gatto con sette vite risolve il problema dei computer quantistici, cioè gli insegna ad autocorreggersi

Un ipotetico gatto con sette vite offre una possibile soluzione al grande problema dei computer quantistici, ossia la generazione di errori e necessità di correggerli.

Modello ispirato dal celebre gatto di Schrödinger

L’esperimento teorico, pubblicato sulla rivista Nature Physics, arriva dall’università australiana del Nuovo Galles del Sud (Unsw) e ha portato a realizzare il primo chip per computer quantistici che permette di rilevare gli errori, e perciò di correggerli, prima che compromettano il calcolo.

Guidati dall’italiano Andrea Morello, i ricercatori si sono ispirati a uno degli esperimenti più famosi della fisica quantistica, quello del gatto di Schrödinger, nel quale un gatto chiuso in una scatola con una sostanza radioattiva ha tante probabilità di essere vivo o morto quanto l’atomo di decadere: a meno che l’atomo non venga osservato direttamente, deve essere considerato decaduto e non decaduto; di conseguenza il gatto è nello stesso tempo vivo e morto.

Il gatto in questione è un atomo di antimonio

“Nel nostro lavoro, il ‘gatto’ è un atomo di antimonio”, dice il primo autore dell’articolo, Xi Yu. L’antimonio è un atomo complesso, nel quale gli elettroni nel loro movimento di rotazione (spin) possono assumere otto direzioni anziché due.

Una delle tecnologie alla base dei computer quantistici utilizza lo spin come unità di informazione (qubit): “Se il qubit è uno spin, possiamo chiamare ‘spin down’ lo stato 0 e ‘spin up’ lo stato 1. Ma se la direzione dello spin cambia improvvisamente, abbiamo subito un errore logico: 0 diventa 1 o viceversa, in un colpo solo. Ecco perché l’informazione quantistica è così fragile”, osserva il coautore della ricerca Benjamin Wilhelm. Le cose cambiano utilizzando l’atomo di antimonio, che ha otto direzioni di spin: “il nostro metaforico ‘gatto’ – dice Yu – ha sette vite: ci vorrebbero sette errori consecutivi per trasformare lo 0 in un 1”.

Generare errori e correggerli prima del calcolo definitivo

Il passo ulteriore è stato inserire l’atomo di antimonio in un chip di silicio simile a quelli che si utilizzano nei computer o nei telefoni cellulari, ma adattato per dare accesso allo stato quantico di un singolo atomo. Il chip è stato messo a punto dal gruppo di Danielle Holmes dell’Unsw, e l’atomo di antimonio è stato inserito da ricercatori dell’Università di Melbourne.

Si apre la via a un nuovo modo di eseguire i calcoli quantistici nel quale “un singolo errore, o anche pochi errori, non stravolgono immediatamente le informazioni”, afferma Morello.

“Se si verifica un errore, lo rileviamo subito e possiamo correggerlo prima che si accumulino altri errori. Per continuare la metafora del ‘gatto di Schrödinger’, è come se vedessimo il nostro gatto tornare a casa con un grosso graffio sul muso. È tutt’altro che morto, ma sappiamo che è stato coinvolto in una rissa; possiamo andare a cercare chi ha causato la rissa, prima che si ripeta e che il nostro gatto si ferisca ulteriormente”.