Per la prima volta un computer quantistico ha simulato le proprietà di un materiale magnetico reale

Il campo primario in cui ci si aspetta che operino i computer quantistici è quello della ricerca scientifica e proprio qui si stanno concentrando i maggiori sforzi già oggi. Non è dunque un caso che stiano arrivando i primi risultati: dopo la scoperta della prima molecola "mezzo Moebius", i ricercatori di IBM e di enti di ricerca statunitensi (Oak Ridge National Laboratory, Università Purdue, Università dell'Illinois Urbana-Champaign, Los Alamos National Laboratory e Università del Tennessee) hanno usato con successo un computer quantistico per simulare con precisione le proprietà di un cristallo magnetico reale.

Un computer quantistico simula un materiale magnetico reale

I computer quantistici sono nati dall'idea di Richard Feynman che non sia possibile simulare la realtà con mezzi classici perché è quantistica e servono, dunque, mezzi quantistici. Tale idea si sta rivelando fondata, poiché i dispositivi di cui disponiamo oggi, per quanto imperfetti e soggetti a errori, stanno già dimostrando di essere utili per fare scoperte scientifiche.

A breve distanza dalla scoperta della prima molecola "half-Moebius", IBM ha annunciato che un suo computer quantistico è stato impiegato per studiare le proprietà di un materiale magnetico ben noto, la perovskite fluorurata KCuF₃. La simulazione è stata condotta usando un processore IBM Quantum Heron, mentre i dati sperimentali sono stati ottenuti dalla Spallation Neutron Source all'Oak Ridge National Laboratory e dal Rutherford Appleton Laboratory nel Regno Unito.

La simulazione compiuta con il dispositivo quantistico si è rivelata accurata e in forte accordo con le misurazioni effettuate tramite dispersione (o scattering) di neutroni. Tale procedura prevede che il materiale sia bombardato con dei neutroni: misurando l'energia e il momento di tali neutroni, è possibile inferire le proprietà dinamiche e strutturali del materiale in maniera precisa, poiché i neutroni interagiscono debolmente con il materiale e non ne alterano significativamente lo stato fisico.

Tuttavia, tali misurazioni richiedono di calcolare molteplici spin in uno stato entangled, che è particolarmente difficile da calcolare con strumenti classici. "Ci sono moltissimi dati sullo scattering di neutroni su materiali magnetici che non comprendiamo completamente per via delle limitazioni dei metodi classici approssimati", ha affermato Arnab Banerjee, professore assistente di fisica e astronomia presso la Purdue University.

La simulazione si è rivelata estremamente accurata: secondo il co-autore dello studio Allen Scheie, fisico della materia condensata presso il Los Alamos National Laboratory negli USA, "questa è la corrispondenza più stupefacente che abbia visto tra dati sperimentali e simulazione usando i qubit, e alza decisamente l'asticella di quello che ci si può aspettare dai computer quantistici. Sono estremamente entusiasta ciò che questo significa per la scienza."

Si parla da tempo di "supremazia quantistica", di "vantaggio quantistico", di "utilità quantistica", e si dice sempre che tale momento arriverà in futuro, che si tratti di dimostrare che i computer quantistici hanno un vantaggio rispetto a quelli classici o che spadroneggiano incontrastati in quanto a potenza di calcolo. L'ultimo punto, quello sull'utilità, è forse però quello più concreto e importante: se i computer quantistici ci permettessero di comprendere anche solo un pochino meglio la realtà e la natura, tutti gli sforzi e gli investimenti fatti per il loro sviluppo saranno valsi la pena. E già oggi, con le scoperte fatte, sembra che questi dispositivi ci saranno di grande aiuto.