La corsa verso computer quantistici sempre più affidabili ha segnato un nuovo traguardo negli Stati Uniti. Un team guidato dal Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), in collaborazione con diverse università californiane, ha realizzato trappole ioniche tridimensionali miniaturizzate grazie a una sofisticata tecnica di stampa 3D. Questi dispositivi hanno permesso di raggiungere un livello di precisione nei calcoli quantistici pari al 98%, un risultato considerato competitivo rispetto alle migliori tecnologie già esistenti.
Il focus della ricerca è la capacità di confinare e raffreddare gli ioni, trasformandoli in qubit, ossia le unità fondamentali dell’informazione quantistica. I qubit basati su ioni intrappolati hanno un vantaggio rispetto ad altri approcci: mantengono più a lungo la coerenza quantistica e non richiedono sistemi di raffreddamento criogenico. Tuttavia, fino a oggi la scalabilità rappresentava un limite. Le trappole planari, più facili da replicare, sacrificavano stabilità, mentre quelle tridimensionali risultavano troppo ingombranti per essere integrate in sistemi più complessi.
Utilizzando una tecnica di polimerizzazione a due fotoni, i ricercatori hanno costruito trappole in miniatura grandi pochi millimetri, in grado di confinare ioni di calcio a frequenze elevate e con bassi tassi di errore.
Le prove sperimentali hanno mostrato risultati concreti: due ioni sono rimasti stabili per diversi minuti scambiandosi posizione, mentre in un altro test si è ottenuto un gate quantistico a due qubit con una fedeltà del 98%.
Uno dei punti di forza del progetto è la rapidità di prototipazione, infatti, un’intera trappola può essere stampata in circa 14 ore, mentre per i soli elettrodi ne bastano appena 30 minuti. Questo consente di testare rapidamente nuove geometrie e soluzioni ibride, un po’ come accadde con l’introduzione dei circuiti integrati che sostituirono i transistor isolati. Come ha spiegato uno dei fisici coinvolti, questa tecnologia amplia enormemente lo spazio di progettazione, permettendo di immaginare configurazioni che fino a poco tempo fa erano impraticabili.
Il prossimo passo sarà integrare componenti elettronici e fotonici direttamente nei chip, riducendo ulteriormente dimensioni e complessità. Resta da affrontare il problema del “rumore”, cioè delle interferenze che possono introdurre errori nei calcoli. I ricercatori sono fiduciosi che, eliminando materiali vicini agli ioni, la stabilità potrà migliorare ulteriormente.
Le applicazioni non si limitano ai computer quantistici, poiché le trappole ioniche miniaturizzate potrebbero infatti trovare impiego in orologi atomici più precisi, spettrometri di massa compatti e sensori di nuova generazione. Come ha sottolineato uno degli ingegneri del team, la stampa 3D si rivela una tecnologia ideale per un settore che richiede componenti complessi, dalle geometrie raffinate e con una risoluzione che altre tecniche di fabbricazione non possono garantire.
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