La ricerca di computer quantistici più potenti potrebbe dipendere da una tecnologia abbandonata decenni fa: i circuiti superconduttori. Mentre gli anni ’80 videro l’iniziale entusiasmo attorno a questi componenti ultra-efficienti, alla fine furono messi da parte dai chip convenzionali che emettevano calore. Ora, una nuova generazione di ricercatori sta rivisitando questo approccio, che potrebbe potenzialmente migliorare notevolmente la scalabilità e l’efficienza del calcolo quantistico.
La promessa dimenticata della superconduttività
Nel 1980, IBM investì molto nella tecnologia dei superconduttori, immaginando computer che avrebbero ridotto al minimo la perdita di energia e massimizzato le prestazioni. Scientific American presentava addirittura un circuito superconduttore sulla sua copertina, segnalando il potenziale percepito della tecnologia. Tuttavia, la necessità di mantenere temperature estremamente fredde si rivelò troppo costosa e poco pratica, portando IBM ad abbandonare l’iniziativa nel 1983. Nonostante questa battuta d’arresto, i principi sottostanti rimasero rilevanti.
SEEQC: riportare la superconduttività in primo piano
Una società, SEEQC, sta attivamente rilanciando questo approccio. La loro struttura nello stato di New York continua la ricerca avviata dal programma di calcolo superconduttore di IBM. L’azienda mira a sfruttare i chip superconduttori per superare gli attuali limiti nella progettazione dei computer quantistici. Il loro processo di fabbricazione prevede l’accurata stratificazione del metallo ultrasottile di niobio su materiali dielettrici, creando strutture delicate essenziali per le operazioni quantistiche.
Il problema principale: l’efficienza energetica nell’informatica quantistica
I computer convenzionali perdono energia sotto forma di calore, diventando inefficienti su larga scala. Michael Frank, uno scienziato informatico, ha osservato che un tipico computer è essenzialmente un riscaldatore costoso con un piccolo effetto collaterale computazionale. I componenti superconduttori, invece, trasmettono l’elettricità con perfetta efficienza, eliminando questi sprechi. La sfida sta nel mantenere il freddo estremo richiesto per la superconduttività, appena pochi gradi sopra lo zero assoluto.
La seconda possibilità dell’informatica quantistica con i superconduttori
I superconduttori sono riemersi alla fine degli anni ’90 con la creazione del primo qubit superconduttore. Ciò ha segnato il passaggio dalla replica del calcolo convenzionale all’esplorazione di paradigmi computazionali completamente nuovi. Oggi Google e IBM utilizzano qubit superconduttori nei loro computer quantistici più potenti, dimostrando potenziali scoperte nella risoluzione dei problemi scientifici.
Il collo di bottiglia: scalare i sistemi quantistici
Nonostante questi progressi, i computer quantistici rimangono limitati da ostacoli pratici di ingegneria. L’aggiunta di più qubit, gli elementi fondamentali del calcolo quantistico, richiede meccanismi di controllo e cablaggi in aumento esponenziale. La pura complessità fisica crea calore, degrada le prestazioni dei qubit e, in definitiva, limita la scalabilità.
La soluzione SEEQC: chip di controllo superconduttori integrati
L’innovazione di SEEQC risolve questo collo di bottiglia. Hanno sviluppato un chip che integra qubit superconduttori con un circuito di controllo superconduttore convenzionale. Questo design elimina la necessità di componenti a temperatura ambiente ingombranti e ad alto consumo energetico che attualmente dominano l’architettura dei computer quantistici.
I principali vantaggi includono:
- Calore ridotto: Mantenendo tutti i componenti nello stesso ambiente criogenico, il sistema riduce al minimo l’interferenza del calore esterno.
- Efficienza energetica: il chip di controllo superconduttore funziona con una frazione della potenza richiesta dalle alternative convenzionali, migliorando potenzialmente l’efficienza energetica di un fattore di un miliardo.
- Architettura semplificata: il design integrato riduce la complessità del cablaggio e i ritardi del segnale, migliorando il controllo dei qubit e la correzione degli errori.
La strada da percorrere
SEEQC sta attualmente testando i suoi chip con vari design di qubit, mostrando i primi risultati promettenti. Tuttavia, l’adattamento alle macchine da un milione di qubit previste da ricercatori come David DiVincenzo rimane una sfida significativa. L’azienda sta anche affrontando questioni di fisica fondamentale, come impedire che i vortici quantistici interrompano le prestazioni dei qubit.
In definitiva, il rilancio della tecnologia dei superconduttori degli anni ’80 potrebbe ridefinire il futuro dell’informatica quantistica. Razionalizzando l’architettura e massimizzando l’efficienza, l’approccio di SEEQC offre un percorso verso sistemi quantistici più potenti, scalabili e sostenibili.
