Sbloccare il calcolo quantistico: un tocco di magnesio per potenziare i superconduttori

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Nel tentativo di costruire potenti computer quantistici, gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno fatto una scoperta rivoluzionaria.

Hanno trovato un modo per migliorare il tantalio, un materiale superconduttore che potrebbe essere la chiave per creare qubit, i mattoni dei computer quantistici.

Aggiungendo un sottile strato di magnesio, il team ha migliorato la capacità del tantalio di resistere all’ossidazione, ne ha aumentato la purezza e ha persino aumentato la sua temperatura di esercizio.

Questo trio di vantaggi potrebbe aumentare significativamente l’efficacia del tantalio nel contenere informazioni quantistiche.

I computer quantistici sono la prossima frontiera della tecnologia informatica e promettono di risolvere problemi complessi che sono al di là della portata delle macchine più potenti di oggi.

I Qubit, a differenza dei bit dei computer tradizionali, possono contenere ed elaborare un’enorme quantità di informazioni contemporaneamente, grazie ai principi della meccanica quantistica.

La sfida, tuttavia, è stata quella di trovare materiali in grado di supportare i qubit mantenendo la coerenza quantistica, ovvero la capacità di conservare le informazioni quantistiche nel tempo.

Il tantalio, noto per le sue proprietà superconduttrici, è emerso come un candidato promettente. Ma aveva un grosso inconveniente: si ossidava facilmente, perdendo energia e interrompendo la coerenza quantistica.

Per affrontare questo problema, il team di Brookhaven, insieme a collaboratori dell’Università di Princeton e del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del DOE, ha intrapreso una missione.

Volevano capire perché il tantalio si ossida e come prevenirlo. La loro ricerca ha rivelato che quando il tantalio interagisce con l’ossigeno, forma uno strato isolante che drena energia, ponendo un ostacolo significativo per il suo utilizzo nel calcolo quantistico.

Entra in gioco il magnesio. Il team ha scoperto che rivestire il tantalio con un sottile strato di magnesio può proteggerlo dall’aria, impedendone l’ossidazione. Questo approccio innovativo non solo ha mantenuto intatte le proprietà superconduttive del tantalio, ma lo ha anche reso un candidato più valido per il calcolo quantistico.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Materials, ha utilizzato tecniche avanzate per mostrare come il magnesio formi una barriera protettiva sul tantalio.

Questa barriera è così efficace da eliminare quasi del tutto la formazione di ossido di tantalio. Inoltre, il magnesio elimina le impurità dal tantalio, migliorando ulteriormente le sue capacità superconduttive.

Questa scoperta è significativa per diversi motivi. In primo luogo, prolunga il tempo di coerenza quantistica del tantalio, rendendolo un materiale migliore per i qubit.

In secondo luogo, aumentando la temperatura di transizione superconduttiva, riduce i requisiti estremi di raffreddamento tipicamente necessari per il funzionamento dei superconduttori. Ciò potrebbe semplificare la progettazione e il funzionamento dei computer quantistici, rendendoli più pratici e accessibili.

Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre il tantalio e il magnesio. Apre nuove strade per migliorare altri materiali e progettare qubit più efficienti.

Mentre l’informatica quantistica passa dalla teoria alla realtà, scoperte come questa sono passi avanti cruciali.

Anche se c’è ancora del lavoro da fare per vedere come questo materiale si comporta nei computer quantistici reali, il lavoro del team di Brookhaven offre nuovi spunti per la progettazione di materiali superconduttori.

Si tratta di uno sviluppo promettente nel cammino verso la costruzione di sistemi di calcolo quantistico su larga scala e ad alte prestazioni, che ci avvicina a sbloccare il vasto potenziale della tecnologia quantistica.

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