Un’ondata di innovazioni nel campo dei materiali quantistici sta guidando una rivoluzione nella ricerca computazionale, aprendo nuove possibilità per comprendere meglio il mondo naturale e sfruttare i fenomeni quantistici per beneficio dell’umanità. Queste innovazioni trasformeranno notevolmente l’industria sanitaria, i trasporti, le comunicazioni e aumenteranno anche il livello di protezione da minacce informatiche e calamità naturali.
Nuove prospettive per i computer quantistici
Attualmente la tecnologia quantistica utilizza dei materiali molto costosi e complicati da gestire, che spesso necessitano di un raffreddamento criogenico (rendendo le apparecchiature poco pratiche).
Un elemento molto ricercato ed utilizzato in questo campo è l’elio liquido, che nonostante presenti determinate caratteristiche che lo rendono perfetto per questo genere di applicazioni, sta diventando sempre più costoso a causa delle scarse scorte globali.
Però la buona notizia è che i fisici e gli ingegneri si sono dati da fare. Il 2023 sarà un anno rivoluzionario per i nuovi materiali per applicazioni quantistiche, che oltre a contribuire alla riduzione dei costi e a semplificare i processi produttivi, renderanno possibile lo sviluppo di dispositivi a basso consumo energetico e che possono funzionare a temperatura ambiente.
Progetti di ricerca per nuovi materiali quantistici
Recentemente, l’Engineering and Physical Sciences Research Council del Regno Unito ha annunciato un progetto finalizzato all’innovazione dei materiali per le tecnologie quantistiche, promosso dall’Imperial College di Londra e dall’Università di Manchester.
Invece, il National Physical Laboratory ha appena inaugurato il Quantum Metrology Institute, una struttura multimilionaria dedicata alla caratterizzazione, alla convalida e alla commercializzazione di tecnologie quantistiche.
Lavorando insieme, ricercatori e industria inaugureranno una nuova era anche per i settori farmaceutici e di sicurezza informatica.
Nuovi materiali per risolvere i problemi dei Qubit quantistici
I Qubit sono gli elementi costitutivi dei computer quantistici, che si basano su materiali con proprietà quantistiche che possono essere manipolate. Una volta che si trova il modo di sfruttare queste proprietà, è possibile controllarne il comportamento utilizzando la luce e i campi magnetici, creando fenomeni quantistici come l’entanglement e la sovrapposizione.
Alla base della tecnologia dei qubit ci sono le giunzioni Josephson, che funzionano come dei superconduttori, materiali in grado di condurre l’elettricità con resistenza nulla a temperature bassissime (-273ºC).
I requisiti di funzionamento a bassissima temperatura e ad alta frequenza rendono la progettazione dei qubit abbastanza complicata. Infatti, per la realizzazione di qubit vengono attualmente utilizzati dei materiali come il nitruro di silicio e l’ossido di silicio, che hanno così tanti difetti che per l’immagazzinamento dell’energia del campo elettrico, i qubit devono essere di dimensioni millimetriche. Inoltre la diafonia tra qubit adiacenti introduce un rumore non trascurabile.
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Ci siamo quasi…
Il 2023 vedrà ulteriori innovazioni nella progettazione di materiali per le tecnologie quantistiche e tra i nuovi candidati presi in considerazione finora, ce ne sono diversi promettenti.
Questi nuovi materiali in fase di sviluppo, sono progettati sulla base dei semiconduttori organici a base di carbonio: una classe consolidata di materiali per la produzione scalabile di elettronica di consumo che ha rivoluzionato l’industria multimiliardaria dei display OLED.
Poi ci sono i materiali molecolari chirali, molecole che esistono come una coppia di immagini speculari non sovrapponibili, che hanno il potenziale per rivoluzionare le tecnologie quantistiche. Strati sottili a una mano di queste molecole straordinariamente versatili possono infatti essere utilizzati per controllare lo spin degli elettroni a temperatura ambiente.
Mentre nel 2023 si vedranno sicuramente titoli altisonanti sulle velocità operative dei computer quantistici, gli scienziati dei materiali studieranno, scopriranno e progetteranno la prossima generazione di tecnologie quantistiche a basso costo e ad alta efficienza.
Articolo tradotto dall’originale New Materials Will Bring the Next Generation of Quantum Computers
