Feynman

Il premio Feynman per il calcolo quantistico ha un nuovo, primo vincitore. Si tratta di Ignacio Cirac, fisico spagnolo considerato tra i padri del computer quantistico, attualmente al Max Planck Institute per l'ottica quantistica di Monaco di Baviera. Il riconoscimento, conferito dal Centro internazionale di fisica teorica Abdus Salam di Trieste e da Ibm, gli è stato assegnato per il suo ruolo pioneristico nella nascita del calcolo quantistico moderno e nello sviluppo di nuovi strumenti per la simulazione di sistemi complessi. "Ricevere un premio che porta un nome così pesante è un onore incredibile", ha commentato lo stesso Cirac. E il nome in questione pesa davvero parecchio. Il premio è intitolato a Richard Feynman, uno dei fisici più importanti del secolo scorso, tra i primi a intuire, negli anni ottanta, che per simulare correttamente la natura sarebbe servito un calcolatore capace di operare secondo le stesse leggi della meccanica quantistica. Alla cerimonia era presente anche Michelle Feynman, figlia di Richard. Atish Dabholkar, direttore dell'Ictp, ha sottolineato come una personalità del calibro di Cirac, in qualità di primo vincitore del premio Feynman Ictp-Ibm, ponga standard di eccellenza molto elevati per il futuro del riconoscimento. Ignacio Cirac e gli ioni intrappolati: l'intuizione che ha reso possibile il computer quantistico Il contributo più importante di Ignacio Cirac è racchiuso in un articolo pubblicato su Physical Review Letters nel 1995 insieme al collega Peter Zoller. Quel lavoro, intitolato Quantum Computations with Cold Trapped Ions, ha reso concretamente fattibile l'architettura immaginata da Feynman, proponendo di utilizzare le cosiddette trappole ioniche per costruire un hardware quantistico funzionante. Il concetto, semplificando, funziona così: una trappola ionica è una sorta di bottiglia elettromagnetica. Gli ioni, che sono atomi dotati di carica elettrica, possono essere sospesi nel vuoto e confinati in uno spazio microscopico grazie a campi elettrici oscillanti. In questa configurazione, gli ioni si respingono a vicenda per la forza di Coulomb e si allineano come le perle di una collana. L'intuizione geniale di Cirac e Zoller è stata usare il movimento collettivo di questa collana per far comunicare i qubit, le unità di informazione quantistica. Lo stato interno dell'atomo memorizza l'informazione, mentre la vibrazione dell'intera fila di ioni fa da veicolo per i dati: colpendo un singolo ione con un laser, lo si fa oscillare, e la vibrazione si trasmette a tutti gli altri. Questo rende possibile eseguire operazioni logiche tra atomi diversi, risolvendo di fatto il problema della scalabilità e della comunicazione tra bit quantistici. Atomi e laser diventano così i componenti di un processore. Resta però ancora aperta, e qui si torna ai giorni nostri, la sfida legata alla fragilità: i sistemi quantistici sono molto suscettibili alle perturbazioni e devono essere isolati quasi perfettamente dall'ambiente esterno, perché anche una variazione termica minima può causare la decoerenza, cioè la perdita dell'informazione quantistica. Comprimere la complessità: il contributo teorico di Cirac Oltre al lavoro sulle trappole ioniche, Cirac ha contribuito al campo sviluppando un approccio per gestire la complessità dei sistemi quantistici e comprimerla in strutture più piccole. Lo scienziato ha lavorato in particolare ai cosiddetti Matrix Product States (Mps) per sistemi unidimensionali e alla loro estensione, i Projected Entangled Pair States (Peps) per sistemi a due dimensioni. Un modo semplificato per comprimere le informazioni considerando la sovrapposizione di molte configurazioni allo stesso tempo. Oggi queste strutture sono diventate uno standard per classificare le fasi della materia e per affrontare il problema della correzione degli errori quantistici, il protocollo necessario per proteggere i dati dai disturbi esterni. Dal laboratorio alla realtà: simulare la materia e progettare nuovi farmaci Il computer quantistico universale, cioè quello capace di eseguire qualsiasi algoritmo e soppiantare i computer tradizionali, è ancora di là da venire. Anzi, secondo molti esperti potrebbe non arrivare mai nella forma che qualcuno immagina. Lo scenario più plausibile è piuttosto la compresenza di computer quantistici e tradizionali, ciascuno ottimizzato per i compiti più adatti alla propria architettura. Cirac, però, punta l'attenzione su applicazioni più vicine: "Il campo in cui vedo più probabile una prima applicazione dei computer quantistici è la materia condensata", ha spiegato, riferendosi allo studio di come le particelle interagiscono tra loro per formare solidi o liquidi e di come si muovono gli elettroni nei materiali. In questo contesto, ha aggiunto lo scienziato, il computer quantistico non va visto come una scatola nera che fornisce risultati senza alcuna comprensione di quello che accade al suo interno, ma piuttosto come uno strumento per nuove scoperte. In tempi più lunghi, la computazione quantistica potrà aprire le porte anche nel campo della fisica delle alte energie e delle simulazioni molecolari per la progettazione di nuovi farmaci. L'obiettivo, in quest'ultimo caso, è comprendere le interazioni molecolari a un livello così profondo da poter prevedere l'efficacia di un composto chimico ancora prima di sintetizzarlo fisicamente in laboratorio, riducendo di diversi ordini di grandezza il tempo e il denaro necessari alla realizzazione di nuove terapie.

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Ignacio Cirac vince il primo premio Feynman per il calcolo quantistico