Un chip quantistico che immagazzina informazioni sfruttando le vibrazioni meccaniche invece dei classici segnali elettromagnetici è quanto hanno messo a punto i ricercatori dell’ETH di Zurigo, aprendo una strada piuttosto diversa da quella percorsa finora nel settore. Il prototipo, grande più o meno quanto un’unghia, porta con sé un’idea che sembra semplice ma che potrebbe cambiare parecchie cose: tenere separate le funzioni di calcolo da quelle di memoria, esattamente come accade nei computer di tutti i giorni.
Il punto è che fino a oggi i qubit superconduttori hanno dovuto occuparsi di entrambi i compiti contemporaneamente. Un carico non da poco, che con l’aumentare delle dimensioni dei sistemi si traduce in maggiore complessità e costi più alti. Ecco perché questa memoria quantistica basata sulle vibrazioni viene vista come una possibile risposta a uno dei limiti più discussi dell’informatica quantistica, cioè la difficoltà di avere a disposizione una memoria che sia allo stesso tempo veloce, stabile e scalabile.
Una memoria che vibra come le corde di uno strumento
Il meccanismo dietro questa tecnologia richiama da vicino il comportamento delle corde musicali. Una corda può vibrare in modi diversi, generando frequenze differenti. Allo stesso modo i risonatori meccanici integrati nel chip riescono a oscillare in più stati quantistici. Ogni modalità di vibrazione diventa così uno spazio di memoria a sé stante, mentre l’informazione viene codificata direttamente nello stato quantistico dell’oscillazione.
Queste vibrazioni avvengono a frequenze altissime, ben oltre ciò che l’orecchio umano potrebbe mai percepire, e sono regolate dalle leggi della meccanica quantistica. Il risultato è una memoria capace di conservare dati che possono essere letti, modificati e riscritti mentre gli algoritmi girano. Rispetto ai metodi tradizionali il vantaggio sta nella possibilità di sfruttare più stati all’interno dello stesso elemento fisico, con un potenziale aumento della densità di memorizzazione. Non è solo teoria, peraltro: c’è una dimostrazione sperimentale concreta a sostenere l’idea.
Calcolo e memoria che finalmente si dividono i compiti
Nel dispositivo messo a punto all’ETH il qubit superconduttore fa da unità di elaborazione, mentre i risonatori meccanici svolgono il ruolo di memoria. Una divisione dei compiti che ricorda quella tra CPU e RAM nei sistemi classici e che permette di alleggerire i componenti più complessi e costosi. In pratica durante il funzionamento il qubit accede ai dati conservati nei risonatori, esegue le operazioni e aggiorna le informazioni, mantenendo i ruoli ben distinti.
Il gruppo guidato da Yiwen Chu non si è limitato a dimostrare il principio. Ha anche portato a termine operazioni fondamentali, tra cui un insieme universale di porte logiche quantistiche e semplici implementazioni della trasformata di Fourier quantistica e del period finding. Roba che serve come base per algoritmi ben più complessi, come quello di Shor.
Il chip misura circa 7,5 millimetri di lunghezza, dimensioni davvero contenute, eppure l’integrazione tra processore e memoria vibrazionale mostra che l’approccio funziona. Rimangono ovviamente delle sfide tecniche non banali: mantenere tempi di coerenza elevati, tenere a bada il rumore e garantire trasferimenti di informazione ad alta fedeltà. Più che una soluzione già pronta all’uso, quello ottenuto a Zurigo è un punto di partenza solido per costruire architetture quantistiche più scalabili e sostenibili.