Quantum computer più vicini

Da oggi i computer quantistici sono più vicini. Il merito è di un gruppo italiano di ricercatori dei laboratori Cnr-Infm Nest (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology) della Scuola Normale Superiore di Pisa, del Centro S3 di Modena e dell’Università di Modena e Reggio Emilia. L’équipe è riuscita a mettere a punto una tecnica per “manipolare” gli elettroni attraverso un raggio di luce. Una scoperta, dicono i ricercatori, “che potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni della meccanica quantistica nella tecnologia dell’informazione”. E che per la sua importanza si è conquistata la copertina della prestigiosa rivista “Physical Review Letters”.Ma come sono giunti a questo risultato i fisici italiani, con cui hanno collaborato ricercatori della Columbia University e dei Bell Labs? Prima di tutto bisogna dire che gli elettroni manipolati durante l’esperimento (finito dopo tre anni di intenso lavoro) erano intrappolati in nanostrutture fatte di materiale semiconduttore, ricavato da un cristallo purissimo di arseniuro di gallio e spesso usato nell’industria optoelettronica. Dopodiché i ricercatori sono riusciti per la prima volta a colpire con un fascio di luce laser una manciata di elettroni e a modificare in modo controllato una delleloro proprietà intrinseche più rilevanti: lo spin. Il cristallo è stato lavorato presso il centro Nest con complessi procedimenti di nano-fabbricazione fino a ottenere una griglia regolare di minuscole strutture, dette punti quantici. Ogni punto quantico è largo solo pochi nanometri (un nanometro è pari a un miliardesimo di metro) e contiene appena qualche elettrone: i ricercatori del Centro S3 di Modena, in particolare, tramite simulazioni al computer sono stati in grado di contare gli elettroni in ciascun punto quantico.”Gli elettroni”, spiega Vittorio Pellegrini, ricercatore del Centro Nest, “sono stati irradiati con un fascio di luce che, come noto, è formato da fotoni i quali hanno urtato gli elettroni modificandone lo spin. Con la luce che tornava indietro dopo questa interazione si è riusciti a ottenere importanti informazioni come quelle sul numero di elettroni presenti nella nanostruttura e sulle loro proprietà di rotazione cioè sul loro spin”. Grazie a questa tecnica di studio degli elettroni, e in particolare dei loro spin, è quindi possibile manipolare le particelle atomiche. Basterà infatti regolare il fascio di luce che le irradia per modificare le loro caratteristiche. È un passo importante se si vuole sfruttare le potenzialità di questo metodo in informatica. Perché? “Perché lo spin degli elettroni”, risponde Pellegrini, “è poco influenzabile dal mondo esterno (in linea di principio, potrebbe mantenere il proprio valore per un tempo molto lungo, ndr.), ma proprio a causa della sua imperturbabilità riuscire a cambiarne il valore può voler dire passare da un’informazione a un’altra. Il tutto in pochissimo spazio”. Secondo le leggi della meccanica quantistica, infatti, lo spin di un elettrone può assumere solo due valori, e questo lo rende simile ai bit degli attuali calcolatori che possono valere solo 0 e 1. Perciò potrebbe essere utilizzato per costruire elementi di memoria con dimensioni nanometriche, molto inferiori a quelle attuali.