Progettato processore quantistico su scala atomica che simula molecole organiche con precisione mai raggiunta prima

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Un processore quantistico piccolissimo, le cui dimensioni possono essere misurate su scala atomica, è stato realizzato da un team di scienziati informatici, esperti di informatica quantistica, dell’UNSW di Sydney. I ricercatori hanno realizzato il nuovo chip per realizzare un compito ben preciso: eseguire la simulazione del comportamento di piccole molecole organiche.

Controllare gli stati quantistici negli elettroni

Nel comunicato dell’università australiana si parla di “pietra miliare” per quello che è il percorso verso la realizzazione definitiva del primo vero computer quantistico, probabilmente di quello che sarà, finalmente, più conveniente da usare rispetto ai computer classici. In generale, rivela il comunicato, questi risultati mostrano la capacità sempre più avanzata da parte degli esseri umani di controllare gli stati quantistici negli elettroni e gli stessi atomi di silicio.

Simulazione di una molecola di poliacetilene

Il team, guidato dalla professoressa Michelle Simmons, è riuscito ad eseguire un compito molto difficile: misurare la corrente elettrica che passa attraverso 10 punti quantici all’interno di una struttura che simula una molecola di poliacetilene. Si tratta di una catena ripetuta di atomi di carbonio e di idrogeno con legami singoli e doppi alternati.
Registrando tutti i nuovi elettroni che attraversavano il circuito, i ricercatori si sono accorti che le misurazioni corrispondevano con le previsioni teoriche e quindi che erano giuste.

Imitare perfettamente ciò che può accadere all’interno di una reale molecola

In sostanza sono riusciti ad imitare perfettamente ciò che può accadere all’interno di una reale molecola. Come spiega la stessa ricercatrice, altre architetture di calcolo quantistico create in precedenza non possono progettare la simulazione di un atomo con un tale livello di precisione sub-nanometrica o in generale di eseguire progettazioni di atomi che stiano così vicini. Al di là dei progressi eventuali nell’informatica quantistica, studi come questi si riveleranno utilissimi per comprendere ancora di più il funzionamento all’interno delle molecole, in particolare quelle più complicate.

È come uscire dall’orlo dell’ignoto

I ricercatori hanno scelto di simulare una catena di carbonio con 10 atomi perché questo limite rientra nel limite (a livello di dimensioni) di quello che un computer classico può calcolare attualmente. “Siamo vicini al limite di ciò che possono fare i computer classici, quindi è come uscire dall’orlo dell’ignoto”, spiega la professoressa Simmons che ora non vede l’ora di realizzare dispositivi simili più grandi e forse di simulare molecole mai simulate prima. L’obiettivo finale è sempre quello: risolvere le questioni fondamentali del nostro mondo che non siamo ancora riusciti ad affrontare.

Comprensione della fotosintesi

Al di là dell’aspetto puramente conoscitivo, nel comunicato si parla di eventuali progressi per quanto riguarda la comprensione della fotosintesi, e quindi anche dell’imitazione di questo importante processo, e della progettazione di catalizzatori per i fertilizzanti. Prima di realizzare cose del genere bisogna capire come funziona la natura ai livelli più fondamentali e per fare questo bisogna simularla al computer all’interno di un laboratorio.

Note e approfondimenti

  1. Scientists emulate nature in quantum leap towards computers of the future | UNSW Newsroom
  2. Engineering topological states in atom-based semiconductor quantum dots | Nature (DOI: 10.1038/s41586-022-04706-0)

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