I ricercatori fanno passi avanti nei computer quantistici

I ricercatori di Stanford sono riusciti a miniaturizzare con successo i laser al titanio-zaffiro (Ti) utilizzati nei computer quantistici, rendendoli 10.000 volte più piccoli rispetto ai progetti precedenti e integrandoli su un chip. Tradizionalmente, questi laser costano oltre $ 100.000 ciascuno. Grazie a questo metodo innovativo, tuttavia, gli scienziati stimano che il costo di produzione potrebbe scendere a soli 100 dollari per laser.

La rivoluzione quantistica

IL computer quantistici rappresentano la prossima rivoluzione tecnologica e promettono di risolvere problemi complessi ben oltre le capacità dei computer classici. Sfruttano i principi di Meccanica quantistica versare eseguire calcoli con velocità ed efficienza senza precedenti.

Nel dettaglio, a differenza dei computer tradizionali che utilizzano bit, i computer quantistici utilizzare i qubit. I bit tradizionali utilizzati nei computer classici rappresentano le informazioni in forma binaria, uno 0 o un 1. I qubit possono rappresentare contemporaneamente uno 0, un 1 o una sovrapposizione dei due grazie ai principi della meccanica quantistica come sovrapposizione e intreccio.

La sovrapposizione consente a un qubit di trovarsi in più stati contemporaneamente, il che moltiplica esponenzialmente le possibilità computazionali. Ad esempio, mentre un bit può rappresentare solo due stati (0 o 1), due qubit possono rappresentare quattro stati contemporaneamente (00, 01, 10, 11). Questa capacità di elaborare più stati contemporaneamente consente ai computer quantistici di eseguire calcoli in parallelo, fornendo una potenza di elaborazione molto maggiore rispetto ai computer classici per determinati tipi di problemi.

Inoltre, l’entanglement quantistico, un altro fenomeno della meccanica quantistica, consente di interconnettere i qubit in modo tale che lo stato di uno possa influenzare istantaneamente lo stato dell’altro anche a distanza. Ciò consente la comunicazione e il coordinamento tra qubit che aumentano ulteriormente la potenza di calcolo dei computer quantistici.

Il ruolo cruciale dei laser per i computer quantistici

Per funzionare, queste macchine all’avanguardia necessitano di componenti estremamente precisi ed affidabili. Uno di questi componenti essenziali è il laser titanio-zaffiro (Ti).usato per manipolare qubit ed effettuare precise transizioni di stato. Questi laser sono rinomati per le loro prestazioni, ma presentano grossi inconvenienti. Loro grandi dimensioni e costi elevati infatti limitano il loro utilizzo a laboratori di ricerca ben finanziati.

Ciò è particolarmente vero in campi come le neuroscienze e la microchirurgia. Ad esempio nell’optogenetica, dove gli scienziati controllano i neuroni con laser leggeri e ingombranti rendono le procedure più complicate e meno precise. Allo stesso modo, le applicazioni di microchirurgia richiedono laser compatti ed economici per consentire procedure più precise e meno invasive.

Inoltre, la loro complessa produzione impedisce la produzione su larga scala, il che ostacola i progressi in vari campi tecnologici e scientifici. Tuttavia, la situazione potrebbe presto cambiare. I ricercatori di Stanford ci sono infatti riusciti importante svolta In miniaturizzando questi laser Ti fino a 10.000 volte la loro dimensione precedente.

La miniaturizzazione dei laser Ti

Per realizzare questa miniaturizzazione hanno utilizzato una tecnica innovativa che consiste nel macinare i cristalli di zaffiro fino ad ottenere uno strato estremamente sottile dello spessore di poche centinaia di nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro). Successivamente, hanno creato uno schema simile a un vortice di minuscole creste nel cristallo. Quando un puntatore laser verde viene puntato in questo vortice, l’intensità del laser aumenta ad ogni rotazione.

Grazie a questa innovazione il costo di produzione di ciascun laser potrebbe ridursi scendono a circa $ 100, mentre attualmente costano oltre $ 100.000 ciascuno. Inoltre, i ricercatori stimano che migliaia di questi laser potrebbero esserlo realizzato su un piatto di dieci centimetri di diametro, il che ridurrebbe ulteriormente il costo unitario. Questo progresso non solo rende i laser più accessibili, ma apre anche la strada ad applicazioni su larga scala in vari campi della scienza e della tecnologia.

I laser miniaturizzati al titanio-zaffiro potrebbero quindi rivoluzionare diversi campi. Ad esempio, nel campo dei computer quantistici, questi laser potrebbero renderlo possibile rendere le macchine più compatte e più efficienti. Nelle neuroscienze, questi laser potrebbero consentire controlli neurali più precisi e meno invasivi, facilitando così la ricerca e i trattamenti medici. Nella microchirurgia, potrebbero inoltre offrire procedure chirurgiche ultra precise, che ridurranno i rischi e miglioreranno i risultati dei pazienti.

I ricercatori di Stanford sono molto ottimisti sul fatto che questi laser saranno commercializzati per la ricerca universitaria entro due anni. Questa disponibilità potrebbe poi catalizzare innovazioni e scoperte scientifiche che ancora non possiamo nemmeno immaginare.