Creato chip quantistico microscopico che sfrutta vibrazioni per memorizzare i dati

Una nuova direzione nella progettazione dei computer quantistici arriva dai laboratori dell’ETH di Zurigo, dove un gruppo di ricerca ha sviluppato una memoria che non utilizza segnali elettromagnetici ma vibrazioni meccaniche.

Il prototipo, grande quanto un’unghia, introduce un cambiamento architetturale rilevante: separare le funzioni di calcolo da quelle di memoria, proprio come avviene nei computer tradizionali. Questo approccio affronta uno dei limiti più discussi dell’informatica quantistica, cioè la difficoltà di disporre di una memoria veloce, stabile e scalabile. Finora, infatti, i qubit superconduttori hanno svolto contemporaneamente entrambe le funzioni, aumentando complessità e costi con la crescita dei sistemi.

Memoria vibrazionale ispirata alla fisica delle corde

Il principio alla base della nuova memoria richiama il comportamento delle corde musicali. Una corda può vibrare secondo modalità diverse, producendo frequenze differenti; in modo analogo, i risonatori meccanici integrati nel chip possono oscillare in molteplici stati quantistici. Ciascuna modalità vibrazionale diventa così uno spazio di memoria indipendente, mentre l’informazione è codificata nello stato quantistico della vibrazione stessa.

Queste oscillazioni avvengono a frequenze estremamente elevate, ben oltre la percezione umana, e sono governate dalle leggi della meccanica quantistica. Il risultato è una memoria capace di conservare dati quantistici che possono essere letti, modificati e riscritti durante l’esecuzione degli algoritmi. Rispetto agli approcci convenzionali, questo sistema consente di sfruttare più stati all’interno dello stesso elemento fisico, migliorando potenzialmente la densità di memorizzazione. L’idea, supportata da una dimostrazione sperimentale concreta, si inserisce nel filone di ricerca che mira a rendere l’hardware quantistico più efficiente e modulare.

Separazione tra calcolo e storage quantistico

Nel dispositivo sviluppato all’ETH, un qubit superconduttore svolge il ruolo di unità di elaborazione, mentre i risonatori meccanici fungono da memoria quantistica. Questa distinzione ricorda l’organizzazione tra CPU e RAM nei sistemi classici e permette di ridurre il carico sui componenti più complessi e costosi. Durante il funzionamento, il qubit accede ai dati memorizzati nei risonatori, esegue le operazioni richieste e aggiorna le informazioni, mantenendo una chiara separazione dei ruoli.

Il team guidato da Yiwen Chu ha dimostrato non solo il principio, ma anche l’esecuzione di operazioni fondamentali, tra cui un insieme universale di porte logiche quantistiche e semplici implementazioni della trasformata di Fourier quantistica e del period finding. Si tratta di elementi chiave per algoritmi più avanzati, come quello di Shor.

Nonostante le dimensioni ridotte del chip, circa 7,5 millimetri di lunghezza, l’integrazione tra processore e memoria vibrazionale evidenzia la fattibilità dell’approccio. Restano però sfide tecniche significative: mantenere elevati tempi di coerenza, limitare il rumore e garantire trasferimenti di informazione ad alta fedeltà. Più che una soluzione pronta, il risultato rappresenta una base solida per lo sviluppo di architetture quantistiche più scalabili e sostenibili.