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Avremmo più computer quantistici se non fosse così difficile trovare quei maledetti cavi
Le macchine quantistiche faranno il prossimo grande balzo in avanti nell'informatica, ma i ricercatori che le costruiscono non possono ottenere facilmente alcuni dei componenti esotici di cui hanno bisogno. 17 gennaio 2019
Università della California, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson passa molto tempo a pensare a cose come cavi superconduttori e frigoriferi superraffreddati. In qualità di vicepresidente dell'ingegneria quantistica presso Rigetti Computing , una startup che produce computer quantistici, Johnson è responsabile della ricerca e dell'acquisizione dei componenti necessari per mettere insieme le macchine.
È impegnativo, perché quella che una volta era una tecnologia sperimentale esoterica si sta trasformando in una tecnologia più tradizionale sostenuta da aziende giganti come IBM, Google e la cinese Alibaba, nonché da startup ambiziose come Rigetti e IonQ. Di conseguenza, la domanda sta crescendo molto più velocemente dell'offerta in alcune aree critiche.
Ad esempio, possono essere necessari molti mesi, e talvolta un anno o più, per entrare in possesso di frigoriferi a diluizione specializzati che possono essere raffreddati a temperature più basse dello spazio esterno per aiutare a creare bit quantistici, o qubit, che sono la chiave per i computer quantistici potenza. Un altro punto di strozzatura, afferma Johnson, è il cablaggio specializzato necessario per trasmettere segnali a microonde che controllano i qubit.
I lunghi tempi di consegna necessari per acquisire alcuni componenti stanno ostacolando il progresso. Ciò rallenta la capacità dei team di lavorare in parallelo sulla ricerca sul campo, afferma Irfan Siddiqi, professore all'Università della California, a Berkeley.
Tecnologia esotica
Una delle ragioni principali del mal di testa è che i computer quantistici non possono utilizzare gran parte dell'infrastruttura sviluppata per le macchine classiche. Si basano su principi esotici e ciò significa che hanno hardware davvero esotico, osserva Chris Monroe, professore all'Università del Maryland e CEO di IonQ .
A differenza dei bit classici, che possono rappresentare sia a uno o a 0 , i qubit sono particelle come atomi o elettroni che possono occupare uno stato quantistico di entrambi uno e 0 allo stesso tempo, assumono un valore definito solo quando vengono misurati. Possono anche influenzarsi a vicenda attraverso un processo quasi mistico noto come entanglement.
Queste proprietà potrebbero un giorno consentire a una macchina quantistica di superare anche il più potente supercomputer classico. Ma la produzione e la gestione dei qubit è ancora una sfida ingegneristica enorme.
Rigetti, come Google e IBM, si concentra sull'utilizzo di elettroni che scorrono attraverso fili superconduttori raffreddati a temperature estreme, il che spiega la necessità dei frigoriferi di diluizione. Il problema è che questi enormi cilindri, che possono costare tra $ 500.000 e $ 1 milione ciascuno, sono realizzati su misura e i ricercatori affermano che solo poche aziende, come BlueFors in Finlandia e Oxford Instruments nel Regno Unito, ne stanno producendo di alta qualità.
I frigoriferi richiedono anche una combinazione di gas per il superraffreddamento, incluso l'elio-3, un isotopo dell'elio che secondo Johnson è estremamente difficile da trovare. In genere è un sottoprodotto della ricerca nucleare e dei programmi di armi gestiti dai governi, che controllano strettamente la disponibilità. Il gas è così raro che può costare fino a $ 40.000 per l'importo necessario per un frigorifero.
Società via cavo
Poi ci sono quei cavi superconduttori che trasportano i segnali usati per controllare i qubit. Questi sono appositamente progettati per condurre pochissimo calore in modo da non interrompere il delicato stato quantico dei qubit all'interno dei frigoriferi. Johnson afferma che un solo produttore principale li fornisce, una società giapponese chiamata Coax Co.
I computer quantistici possono essere costruiti in altri modi che non si basano sulla criogenia, ma questi affrontano le proprie sfide. L'azienda di Monroe, ad esempio, intrappola i singoli atomi nei campi elettromagnetici su un chip di silicio in una camera ad altissimo vuoto. I laser vengono quindi utilizzati per controllare i qubit atomici.
Per far funzionare il processo, il chip deve avere piccoli depositi di oro su di esso. Ma gli impianti di produzione di silicio standard, o fabbriche, non sono impostati per gestire requisiti così specializzati. IonQ sta mettendo insieme un team per sviluppare i propri progetti e suscitare interesse esterno nella loro realizzazione.
Siddiqi dell'UC Berkeley dice che sta usando discorsi in conferenze come DesignCon , un grande evento sui componenti elettronici che si terrà alla Silicon Valley alla fine di questo mese, per incoraggiare più aziende a interessarsi all'industria quantistica. Il nuovo piano nazionale statunitense per far progredire la scienza dell'informazione quantistica, e uno simile in Europa, potrebbe anche stimolare una maggiore attività tra i potenziali fornitori.
Anche le startup potrebbero aiutare. Una giovane azienda nei Paesi Bassi, Circuiti di Delft , sta già sviluppando una tecnologia per aiutare a monitorare e controllare i qubit, inclusi alcuni cavi specializzati per il trasporto di segnali a microonde.
Jakob Kammhuber, il suo chief technology officer, afferma che mentre i computer quantistici si stanno allungando per gestire circa 100 qubit oggi, quel numero dovrà aumentare notevolmente affinché le macchine siano davvero utili e saranno rapidamente necessarie soluzioni hardware innovative per controllarle.