I qubit a lunga durata portano l'internet quantistica a 2.000 km

Informatica

Redazione del sito web sull'innovazione tecnologica - 11/11/2025

Cristalli di terre rare incredibilmente puri, realizzati con una nuova tecnica che garantisce una vita lunga e prospera ai qubit. [Immagine: Jason Smith/UChicago]

Internet quantistico

L'interconnessione dei computer quantistici, per creare reti quantistiche sicure e ad alta velocità, inclusa la futura Internet quantistica , implica garantire che l'entanglement delle particelle persista attraverso i cavi in ​​fibra ottica. Più a lungo questi atomi rimangono entangled – mantenendo la coerenza quantistica reciproca – maggiore è la distanza alla quale i computer quantistici possono comunicare tra loro.

Attualmente, la distanza massima alla quale due computer quantistici possono comunicare tra loro tramite un cavo in fibra ottica è di pochi chilometri.

Shobhit Gupta e i colleghi dell'Università di Chicago, negli Stati Uniti, hanno quindi messo da parte l'hardware di rete (comunicazione e amplificazione del segnale) e hanno rivolto la loro attenzione ai qubit stessi, cercando di rafforzarne l'interconnessione, ovvero di aumentare il tempo in cui rimangono intrecciati.

Sono riusciti ad aumentare i tempi di coerenza quantistica dei singoli atomi di erbio da 0,1 millisecondi a oltre 10 millisecondi, il che significa che i segnali potrebbero viaggiare attraverso cavi in ​​fibra ottica per oltre 2.000 km utilizzando l'hardware attuale. In un caso, l'interconnessione tra i due atomi è durata fino a 24 millisecondi, il che teoricamente consentirebbe ai computer quantistici di connettersi a una distanza impressionante di 4.000 km, ma questo era ancora un risultato anomalo.

"Per la prima volta, la tecnologia per costruire un'internet quantistica su scala globale è alla nostra portata", ha affermato il professor Tian Zhong, coordinatore del team.

Struttura dei qubit a lunga vita. [Immagine: Shobhit Gupta et al. - 10.1038/s41467-025-64780-6]

Qubit a lunga durata

L'innovazione non consisteva nell'utilizzo di materiali nuovi o diversi, ma nel costruire i dispositivi utilizzando gli stessi materiali in modo diverso. Il team ha creato i cristalli drogati con terre rare necessari per generare l'entanglement quantistico utilizzando una tecnica chiamata epitassia a fasci molecolari (MBE), anziché il tradizionale metodo Czochralski.

"Il metodo tradizionale di produzione di questo materiale consiste essenzialmente nello fondere gli ingredienti in una pentola", ha detto Zhong, riferendosi al metodo Czochralski. "Si aggiunge la giusta proporzione di ingredienti e poi si fonde il tutto. La miscela raggiunge temperature superiori a 2.000 gradi Celsius e viene lentamente raffreddata fino a formare un cristallo."

Per trasformare il cristallo in un componente informatico, è necessario "scolpirlo" chimicamente nella forma desiderata. È più o meno come se uno scultore partisse da un blocco di marmo e rimuovesse tutto ciò che non gli appartiene.

L'epitassia a fascio molecolare (MBE), tuttavia, ricorda più la stampa 3D . Il materiale viene spruzzato, creando strati sottili, uno dopo l'altro, dando forma al cristallo necessario nella sua esatta forma finale, senza scalpello, senza martello e senza bisogno di levigatura, per mantenere l'analogia con lo scultore.

"Siamo partiti da zero e poi abbiamo assemblato questo dispositivo atomo per atomo", ha detto Zhong. "La qualità o purezza di questo materiale è così elevata che le proprietà di coerenza quantistica di questi atomi diventano eccellenti".

Il team si sta ora preparando per testare concretamente questi qubit "a lunga vita", cosa che intendono fare utilizzando bobine di 1.000 km di fibra ottica. "Prima di distribuire la fibra ottica, ad esempio, da Chicago a New York, la testeremo proprio qui nel mio laboratorio", ha detto Zhong.

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