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Risolto il problema dei computer quantistici

14.03.2015

I ricercatori di Google Corporation, insieme ai colleghi dell'Università della California a Santa Barbara, hanno trovato una soluzione a uno dei problemi che impediscono l'emergere dei computer quantistici, riferisce Wired.

Nei moderni sistemi informatici, tutte le semplici operazioni sui dati vengono controllate per verificare la presenza di errori. Questa procedura consente di evitare le conseguenze di influenze esterne sul sistema e assicurarsi che il risultato finale sia corretto.

Ma se è facile eseguire tale controllo in un moderno PC o su un server, in un sistema quantistico è impossibile con i metodi standard, poiché la procedura per misurare un qubit (l'elemento più piccolo per la memorizzazione di informazioni) ne cambierà lo stato e di per sé causerà un errore.

Per evitare di modificare lo stato del qubit durante la misurazione del suo stato, i ricercatori hanno aggiunto qubit aggiuntivi al sistema quantistico: quattro per i cinque esistenti. Questi quattro qubit svolgono solo una funzione: controllano lo stato di altre unità di archiviazione delle informazioni. Lo fanno in modo tale che lo stato dei cinque qubit principali non cambi.

Tuttavia, una tale soluzione porta a un'altra complessità, ha affermato Daniel Gottesman, esperto di meccanica quantistica presso il Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada. Attira l'attenzione, in particolare, sul fatto che il controllo degli errori in un sistema quantistico richiederà una quantità significativa di energia elettrica, oltre alle già considerevoli quantità che il computer quantistico stesso consumerà.

Processore quantistico con cinque qubit e quattro qubit per il controllo degli errori
Tuttavia, senza verifica, un sistema quantistico sarebbe privo di significato, affermano i ricercatori. "Per creare un pratico computer quantistico, devi risolvere il problema del cambiamento casuale nello stato dei qubit, non c'è modo di aggirarlo", ha affermato Austin Fowler, uno dei partecipanti al progetto, un ingegnere di elettronica quantistica di Google.

Un computer quantistico si basa su un concetto della meccanica quantistica come la sovrapposizione, spiegano gli scienziati. La sovrapposizione è un fenomeno in cui un oggetto fisico, come un atomo o un elettrone (che un computer quantistico usa per immagazzinare informazioni), si trova contemporaneamente in diversi stati alternativi dal punto di vista della meccanica classica. "Gli scienziati ritengono che i computer basati su questo aspetto della meccanica quantistica, in futuro funzionerà milioni di volte più velocemente dei computer di oggi.

Nel settembre 2014, Google ha annunciato l'intenzione di sviluppare, produrre e testare in modo indipendente processori per sistemi quantistici. Per fare ciò, la società ha invitato un team di scienziati guidato da John Martinez (John Martinis) dell'Università della California a Santa Barbara. Questo gruppo nell'aprile 2014 ha sviluppato il prototipo più semplice di un processore quantistico in grado di far funzionare cinque qubit con un alto grado di affidabilità. Il risultato degli scienziati è stato ampiamente pubblicizzato dalla stampa scientifica, inclusa la popolare rivista Nature, e il capogruppo ha ricevuto il Fritz London Prize, che viene assegnato per i contributi eccezionali nel campo della fisica delle basse temperature.

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Radar laser per lo spazio 04.03.2012

Gli esperti dell'Agenzia spaziale europea stanno sviluppando un radar di navigazione laser compatto (lidar) che darà ai veicoli spaziali nuove opportunità per esplorare lo spazio profondo.

I laser sono già utilizzati nel sistema di attracco automatico della nave mercantile ESA ATV: un raggio laser viene riflesso da uno speciale specchio sul porto di attracco della Stazione Spaziale Internazionale e consente di misurare la distanza con una precisione di un paio di centimetri. Per una missione nel profondo del sistema solare, l'ESA spera di utilizzare lidar XNUMXD in grado di creare rapidamente una mappa tridimensionale di oggetti complessi, come valli disseminate di rocce o piccoli asteroidi.

Il nuovo lidar sarà utilizzato per tre scopi principali: principalmente per la guida, la navigazione e il controllo dei veicoli di discesa, che, grazie al lidar, potranno scegliere un sito di atterraggio sicuro. Lidar potrà scegliere un sito adatto all'atterraggio, che solleverà i progettisti dalla necessità di mettere un margine multiplo di sicurezza nei veicoli di discesa, riducendo così il carico utile del lavoro scientifico. Inoltre, il radar laser sarà utilizzato per controllare i robot sulla superficie di vari corpi celesti e per attraccare in orbite planetarie. Lidar sarà lo strumento chiave per la Mars Sample Return Mission, che farà atterrare una stazione automatizzata sulla superficie di Marte per raccogliere campioni di suolo e poi consegnarli sulla Terra.

I lidar a terra esistono già e sono ampiamente utilizzati per scansionare edifici e strutture industriali. Tuttavia, i campioni esistenti sono troppo ingombranti per essere utilizzati nello spazio. Gli specialisti dell'ESA dovranno creare una nuova classe di lidar: compatti, affidabili e con un basso consumo energetico. È già stato costruito un lidar delle dimensioni di una scatola da scarpe. Con l'aiuto di diversi specchi di scansione e un ricevitore altamente sensibile, può mappare l'area da una distanza di diversi chilometri. Un dispositivo simile sarà installato sul Lunar Lander, che dovrebbe atterrare sul polo sud della luna nel 2018.

Gli ingegneri europei stanno anche cercando modi per creare lidar ancora più piccoli basati su nuovi tipi di rivelatori e specchi ottici micromeccanici. Ciò dovrebbe ridurre il peso e il consumo energetico dei lidar di almeno il 70%.

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