Memorie sempre più potenti e microscopiche

Pubblicati su Science i risultati di una ricerca sui computer quantistici, condotta da un team internazionale di cui fa parte l’ateneo scaligero

La memoria è una delle parti più importanti di un computer e negli anni la ricerca si è spinta nella direzione di creare Ram (le memorie interne dei Pc)  in grado di immagazzinare una quantità sempre maggiore di dati, su supporti di dimensioni sempre più ridotte. La meccanica quantistica, disciplina di grande attualità e rilevanza, offre la possibilità di ottenere memorie molto più efficienti e sicure di quelle oggi disponibili, con alcuni svantaggi, però, fra cui le dimensioni piuttosto importanti dei dispositivi, che non sono facilmente miniaturizzabili.

Ora si potrebbe essere a una svolta. Per la prima volta, un team internazionale di scienziati, guidato dal California Institute of Technology, di cui fa parte l’università di Verona, è stato in grado di realizzare una memoria quantistica di dimensioni estremamente ridotte, 1000 volte più piccola di dispositivi simili già presenti sul mercato, a tal punto da poterla inserire direttamente in un chip.

La ricerca, pubblicata dalla rivista Science lo scorso 29 settembre, è stata condotta da un team internazionale di scienziati, con capofila il California Institute of Technology, di cui fa parte l’università di Verona, insieme all’università di Parma, al National Institute of Standards and Technology, un’agenzia governativa degli Stati Uniti, e al Jet Propulsion Laboratory di Pasadena (California). Da alcuni anni i ricercatori stanno cercando di realizzare computer quantistici che si basino sulla trasmissione di luce (fotoni) e non di elettricità. La sfida era, anche, nella miniaturizzazione delle componenti. La novità della scoperta, risiede nell’aver creato una memoria di dimensioni estremamente ridotte, pochi micron, paragonabili a un globulo rosso, capace di essere inserita direttamente in un chip.

Questa memoria è basata su cristalli di vanadato di ittrio, contenenti quantità estremamente piccole dello ione neodimio, un elemento appartenente alla serie delle Terre Rare, in realtà elementi tutt’altro che rari, basti pensare che sono presenti nelle comuni lampadine a led e negli schermi tv. La memoria quantistica immagazzina le informazioni in modo simile alle memorie tradizionali, ma lo fa attraverso singole particelle quantistiche, in questo caso fotoni di luce. Ciò avviene nello ione neodimio, responsabile dell’assorbimento ed emissione della luce, che dà luogo all’immagazzinamento e rilascio delle informazioni. Questo consente di sfruttare le caratteristiche eccezionali della meccanica quantistica per memorizzare i dati in modo più efficiente e sicuro.

“Fino ad oggi le memorie quantistiche erano realizzate con cristalli di dimensioni molto superiori”, spiega Marco Bettinelli, docente di Chimica generale e inorganica nel dipartimento di Biotecnologie dell’ateneo scaligero ed esperto nello studio delle interazioni fra luce e materiali di tipo inorganico, tra gli autori dello studio. “Il risultato raggiunto dal team di ricerca internazionale è significativo proprio per le dimensioni nanometriche, pari a 700 nanometri di larghezza per 15 micron di lunghezza, assimilabili alle dimensioni di un globulo rosso. Le proprietà delle memorie quantistiche garantiscono una maggiore fedeltà dell’informazione, rispetto alle memorie convenzionali, con un evidente vantaggio nell’efficienza”. Il nuovo tipo di chip potrebbe in futuro essere integrato in sistemi più complessi, dando il via alle prime reti quantistiche e rivoluzionando nettamente l’approccio attuale.

 

Tian Zhong, Jonathan M. Kindem, John G. Bartholomew, Jake Rochman, Ioana Craiciu, Evan Miyazono, Marco Bettinelli, Enrico Cavalli, Varun Verma, Sae Woo Nam, Francesco Marsili, Matthew D. Shaw, Andrew D. Beyer, Andrei Faraon, «Nanophotonic Rare-Earth Quantum Memory with Optically Controlled Retrieval». Science 357, n. 6358 (29 settembre 2017): 1392–95. doi:10.1126/science.aan5959.