Un nuovo tipo di qubit batte i precedenti record di coerenza e arriva a 10 secondi. Possibili implicazioni per i computer quantistici

Gli scienziati del MIT hanno scoperto casualmente una nuova forma di qubit in grado di offrire tempi di coerenza da record, pari a 10 secondi: si tratta del doppio di un altro record, stabilito solo settimana scorsa. La scoperta è partita dall'uso di coppie di atomi superfreddi che vibrano all'interno di una ricerca sui fermioni.

Un nuovo tipo di qubit scoperto al MIT batte ogni record di durata

I ricercatori del MIT, come riporta SciTechDaily, stavano eseguendo delle ricerche sul comportamento dei fermioni, ovvero le particelle con uno spin dispari non intero (ad esempio, 1/2 e 3/2). All'interno di questa classe di particelle rientrano quelle più note come elettroni, protoni e neutroni. Una delle caratteristiche peculiari dei fermioni è il fatto che rispondono al principio di esclusione di Pauli, che fa sì che due fermioni non possano avere lo stesso stato quantistico: se un fermione ha spin positivo, ad esempio, l'altro deve avere spin negativo.

Tra i fermioni rientrano anche gli atomi con un numero dispari di particelle elementari e proprio su questi si stava concentrando il gruppo di ricerca del MIT, che stava studiando il comportamento del potassio-40 (un isotopo del potassio) a densità estremamente basse e con una temperatura di 100 nanokelvin (ovvero ad appena 100 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto, pari a -273,15 °C), disposti in un reticolo tramite un sistema di laser.

I ricercatori si sono accorti che i fermioni, ovvero le coppie di atomi, sembravano vibrare in sincrono come fossero una singola molecola. Per meglio studiare questo stato, hanno mosso i fermioni e hanno poi scattato delle immagini degli atomi nel reticolo: la scoperta è avvenuta in questo momento, perché gli scienziati hanno visto come gli atomi sparivano e ricomparivano dal reticolo a intervalli regolari e hanno concluso che ciò fosse dovuto all'oscillazione tra due stati quantistici.

"Accade spesso nella fisica sperimentale che ci sia un segnale luminoso e il momento successivo svanisca nel nulla per non tornare mai più", afferma Martin Zwierlein, professore di fisica al MIT. "In questo caso, il segnale è sparito ma poi è ricomparso ripetutamente. Questa oscillazione mostra che c'è una sovrapposizione coerente che evolve nel tempo. È stato un bel momento."

I ricercatori hanno confermato il risultato sperimentale e sono riusciti a controllare lo stato di vibrazione usando un campo magnetico. Nello specifico, sono riusciti a controllare circa 400 coppie di fermioni, osservando come il gruppo mantenesse lo stato di sovrapposizione fino a 10 secondi prima che i singoli fermioni collassassero su uno dei due stati di vibrazione.

Attualmente questi qubit non possono ancora essere usati per effettuare calcoli perché non è ancora stato sviluppato un metodo per farli comunicare fra di loro. Secondo Zwierlein, però, ciò è possibile e ci vorrebbe un millisecondo per far interagire i fermioni, quindi c'è la speranza di poter effettuare fino a 10.000 operazioni nel tempo di coerenza (ovvero di mantenimento delle proprietà quantistiche interessanti) di 10 secondi.

Lo stesso Zwierlein afferma che "questo è un sistema dove sappiamo che possiamo far interagire due qubit. Ci sono modi per ridurre le barriere tra le coppie, quindi possiamo avvicinarle, farle interagire e poi dividerle, per circa un millisecondo. Quindi c'è un percorso chiaro per raggiungere un gate da due qubit, che è quello di cui c'è bisogno per realizzare un computer quantistico."

La ricerca è stata pubblicata su Nature.