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I superfluidi, quello stato della materia bizzarro in cui un liquido scorre senza attrito, potrebbero diventare il cuore della memoria dei futuri computer quantistici. È la proposta di un gruppo di ricercatori dell’Università del Surrey e della Northwestern University, che hanno messo nero su bianco l’architettura teorica di un qubit costruito non con circuiti elettrici, ma con elio 3 superfluido. Una strada parallela rispetto a quella battuta finora, pensata non per rimpiazzare le macchine esistenti ma per affiancarle.
Il punto di partenza è un problema noto a chiunque lavori con i computer quantistici: i qubit superconduttori, oggi la tecnologia più diffusa, sono fragilissimi. Bastano piccole perturbazioni elettromagnetiche dell’ambiente circostante per mandare all’aria un calcolo. Da qui l’idea di cambiare completamente il mezzo. Invece di correnti elettriche, il flusso di un superfluido, cioè una corrente di massa priva di carica elettrica. Gli autori la descrivono come l’equivalente elettricamente neutro della superconduttività, e proprio quella neutralità dovrebbe renderla meno esposta ai disturbi che generano errori.
Elio 3 superfluido: numeri promettenti, ma ancora sulla carta
I calcoli del gruppo indicano tassi di errore intorno a 100 volte inferiori rispetto ai qubit superconduttori convenzionali. Un salto notevole, che però resta per ora una previsione matematica: nessun esperimento ha ancora confermato il vantaggio. Lo studio, pubblicato su npj Quantum Information, presenta un progetto teorico accompagnato da una serie di stime sul comportamento atteso del dispositivo. Tra queste, tempi di coerenza nell’ordine di diversi millisecondi per alcune delle configurazioni analizzate, che nel mondo quantistico significano parecchio.
“La matematica ci dice che dovrebbe funzionare. Abbiamo preso quello che già sappiamo sull’elio superfluido e sulle tecnologie quantistiche e lo abbiamo trasformato in un progetto ragionato, con i parametri e le specifiche necessarie per costruirne uno. Il passo successivo è realizzare un prototipo e mettere alla prova quelle previsioni”, ha spiegato Priya Sharma, tra gli autori dello studio.
Una membrana che vibra dentro una cavità minuscola
Il meccanismo, a dispetto della fisica esotica che lo sorregge, si immagina con una certa facilità. C’è una cavità piccolissima riempita di elio 3 superfluido, con un’apertura di dimensioni nanometriche attraverso cui il liquido può entrare e uscire. Una delle pareti della cavità è una membrana flessibile che si muove seguendo le variazioni di pressione generate dal passaggio dell’elio. Insomma, il liquido attraversa la fessura, la membrana oscilla. Nelle condizioni giuste, secondo i conti dei ricercatori, quelle oscillazioni assumono un comportamento quantistico e diventano la base su cui costruire un qubit.
Le condizioni giuste, però, sono tutt’altro che banali. I progetti descritti parlano di dispositivi di pochi micrometri e di temperature nell’ordine di frazioni di millikelvin. Valori estremi, difficilissimi da raggiungere, anche se gli autori fanno notare che simili temperature sono già state ottenute sperimentalmente in ricerche precedenti sull’elio 3 superfluido.
Non un sostituto, ma un compagno di squadra
L’aspetto forse più interessante della proposta riguarda il modo in cui questa tecnologia potrebbe inserirsi nei laboratori esistenti. L’idea non è buttare via i qubit superconduttori, ma dividersi i compiti: il calcolo resta affidato alla tecnologia attuale, mentre la memoria quantistica potrebbe avere una base di superfluido. I dati sarebbero protetti all’origine, senza obbligare i centri di ricerca a rifare da zero le proprie infrastrutture.
“Non abbiamo necessariamente bisogno di un solo tipo di qubit che faccia tutto”, ha osservato Eran Ginossar, coautore del lavoro. “La combinazione di diverse tecnologie quantistiche potrebbe permetterci di sfruttare i punti di forza di ciascuna”. E ancora: “L’elio superfluido ci offre un tipo di hardware quantistico fondamentalmente diverso da esplorare. Se le prestazioni previste potranno essere dimostrate sperimentalmente, un giorno potrebbe lavorare insieme alle tecnologie superconduttrici esistenti come parte di un sistema quantistico più grande”.
Il passaggio successivo è già definito e riguarda la costruzione di un prototipo del qubit a superfluido, per verificare se in laboratorio si riesce a riprodurre il comportamento quantistico che i calcoli descrivono.
