Si cercava da tempo una terza via, tra bosoni e fermioni, per sbloccare la corsa al calcolo quantistico fault tolerant. Nelle scorse settimane l’abbiamo trovata, o meglio, l’abbiamo creata dopo averla, anni fa, teoricamente calcolata. Un gruppo di fisici ha infatti recentemente annunciato la realizzazione in laboratorio di stati quantistici topologici a lungo ricercati e che potrebbero segnare una svolta decisiva. Siamo all’inizio, ma all’inizio di una strada potenzialmente molto promettente.
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Anelli borromei, dalla teoria alla pratica
Le particelle esotiche ottenute si chiamano nonabelion e riescono a formare un anello borromeo. Ciò significa che possono essere “sistemate” in modo da essere intrecciate ma non direttamente collegate. Un concetto “inquietante”, completamente virtuale, ma che apre a nuove ricerche che potrebbero rappresentare una nuova era per il quantum computing. Le proprietà di collegamento di queste particelle, infatti, contribuirebbero a rendere i computer quantistici meno inclini all’errore, o più “tolleranti ai guasti”.
Questo risultato è stato ottenuto dalla società Quantinuum che ha messo in campo la sua macchina più avanzata, dotata di un chip in grado di produrre campi elettrici per intrappolare 32 ioni dell’elemento itterbio sopra la sua superficie. Ognuno di essi può codificare un qubit e può essere spostato e portato a interagire con gli altri: un presupposto essenziale perché diventi possibile eseguire calcoli.
Sfruttando questa inedita flessibilità, i ricercatori hanno creato una forma particolarmente complessa di entanglement quantistico, con tutti i 32 ioni nello stesso stato quantico. Questo reticolo virtuale mostra la struttura di un kagome (simile a una sovrapposizione ripetuta di stelle a sei punte) piegato a forma di ciambella. In questa rappresentazione, gli stati entangled risultano quelli a più bassa energia di un universo virtuale 2D. Una volta eccitati, però, corrisponderebbero a delle particelle con le esatte proprietà dei nonabelion.
Per esserne certi, Quantinuum ha effettuato vari test, verificando la presenza di anelli borromei virtuali in cui nessuna delle particelle è avvolta intorno alle altre, ma tutte insieme sono collegate. Esattamente come era stato teorizzato. Esattamente come serve accada per permettere al calcolo quantistico di sperare in un next step.
Una nuova strada tutta da tracciare
Queste nuove particelle “smontano” uno degli assunti più cari ai fisici: tutte le particelle appartengono a una delle due categorie, fermioni o bosoni. In particolare, cambiano il loro stato quantico in modo più complesso, il che permetterebbe di eseguire calcoli quantistici in modo nuovo perché producono risultati diversi se eseguiti in un ordine diverso.
I nonabelion potrebbero anche offrire un vantaggio rispetto alla maggior parte degli altri metodi di calcolo quantistico. Normalmente, infatti, le informazioni contenute in un singolo qubit tendono a degradarsi rapidamente, producendo errori per ora inevitabili. Con i qubit ricavati dai nonabelion, invece, si ottengono percorsi più robusti agli errori. Questa allettante prospettiva è, di fatto, una strada tutta ancora da percorrere ma è una strada che prima d’ora non c’era. O meglio, era stata predetta e calcolata ma non ancora messa a terra in un laboratorio.
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