The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Traduttore: anna conti manfrin Revisore: Michele Gianella

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

I contenuti di questo cilindro metallico potrebbero rivoluzionare la tecnologia,

or be completely useless—

o rivelarsi completamente inutili.

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

Tutto dipende da come riusciremo a sfruttare la strana fisica della materia

at very, very small scales.

su una scala molto, molto piccola.

To have even a chance of doing so,

Per avere una anche minima possibilità di riuscirci,

we have to control the environment precisely:

dobbiamo controllare attentamente l'ambiente:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

lo spessore del piano di lavoro protegge dalle vibrazioni dei passi,

da ascensori nelle vicinanze. dall'apertura e chiusura delle porte.

nearby elevators, and opening or closing doors.

The cylinder is a vacuum chamber,

Il cilindro è una stanza vuota,

devoid of all the gases in air.

priva di tutti i gas presenti nell'aria.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

All'interno della stanza vuota

c'è un compartimento più piccolo, estremamente freddo,

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

raggiungibile da sottili raggi laser.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

Dentro sono presenti particelle ultra sensibili,

che compongono un computer quantico.

So what makes these particles worth the effort?

Ma cosa giustifica la corsa a queste particelle?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

In teoria, i computer quantici potrebbero superare

i limiti computazionali dei classici computer.

of classical computers.

Classical computers process data in the form of bits.

I computer classici elaborano le informazioni sotto forma di bit.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Ogni bit può cambiare in due stati, chiamati zero e uno.

A quantum computer uses something called a qubit,

Un computer quantico usa una cosa chiamata qubit,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

che può cambiare tra zero, uno, e quella che si chiama sovrapposizione.

While the qubit is in its superposition,

Mentre il qubit è nella sua sovrapposizione,

it has a lot more information than one or zero.

ha molte più informazioni di uno o zero.

You can think of these positions as points on a sphere:

Puoi pensare a quelle posizioni come punti su un sfera:

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

i poli nord e sud della sfera rappresentano uno e zero.

A bit can only switch between these two poles,

Un bit può cambiare solo tra questi due poli;

but when a qubit is in its superposition,

ma quando un qubit è nella sua sovrapposizione,

it can be at any point on the sphere.

può essere in qualsiasi punto sulla sfera.

We can’t locate it exactly—

Non possiamo localizzarlo esattamente.

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

Nel momento in cui noi lo leggiamo, il qubit diventa zero o uno.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Ma anche se non possiamo osservare il qubit nella sua sovrapposizione,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

possiamo manipolarlo per fargli eseguire, in quello stato, operazioni particolari.

So as a problem grows more complicated,

Quando un problema si complica,

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

a un computer classico servono proporzionalmente più bit per risolverlo,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

mentre un computer quantico

sarà in grado di gestire problemi sempre più complicati

more and more complicated problems

senza aumentare proporzionalmente i qubit,

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

come un computer classico dovrebbe fare con i bit.

The unique properties of quantum computers

Le proprietà uniche dei computer quantistici

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

derivano dal comportamento delle particelle atomiche e subatomiche.

These particles have quantum states,

Queste particelle hanno stati quantici,

which correspond to the state of the qubit.

che corrispondono allo stato del qubit.

Quantum states are incredibly fragile,

Gli stati quantistici sono incredibilmente fragili,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

molto vulnerabili alla temperatura e alle fluttuazioni di pressione,

stray electromagnetic fields,

ai campi elettromagnetici vaganti

and collisions with nearby particles.

e alle collisioni con particelle vicine.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Ecco perché i computer quantistici necessitano un allestimento elaborato.

It’s also why, for now,

È anche il motivo per cui, per ora,

the power of quantum computers remains largely theoretical.

il potere dei computer quantistici rimane in gran parte teorico.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Possiamo controllare, a oggi,

solo alcuni qubit nello stesso posto e nello stesso tempo.

There are two key components involved

Sono due le componenti chiave

in managing these fickle quantum states effectively:

coinvolte nella gestione efficiente di questi stati quantistici:

the types of particles a quantum computer uses,

i tipi di particelle che un computer quantico utilizza,

and how it manipulates those particles.

e come manipola quelle particelle.

For now, there are two leading approaches:

Per ora, ci sono due approcci principali:

trapped ions and superconducting qubits.

gli ioni intrappolati e i qubit superconduttori.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Un computer quantistico a ioni intrappolati

utilizza gli ioni come particelle

and manipulates them with lasers.

e li manipola con i laser.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Gli ioni sono alloggiati in una trappola fatta di campi elettrici.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Gli input del laser dicono agli ioni quale operazione deve essere effettuata

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

causando allo stato qubit una rotazione sulla sfera.

To use a simplified example,

Per usare un esempio semplificato,

the lasers could input the question:

i laser potrebbero inserire la domanda:

what are the prime factors of 15?

quali sono i fattori primi di 15?

In response, the ions may release photons—

In risposta, gli ioni possono rilasciare fotoni.

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

Lo stato del qubit determina se lo ione emette fotoni

and how many photons it emits.

e quanti fotoni emette.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Un sistema di diagnostica delle immagini raccoglie questi fotoni

e li elabora per rivelarne la risposta: tre e cinque.

3 and 5.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

I computer quantistici a qubit superconduttori

fanno la stessa cosa in modo diverso:

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

utilizzando un chip con circuiti elettrici invece di una trappola ionica.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Gli stati di ciascun circuito elettrico traducono lo stato del qubit.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Possono essere manipolati con input elettrici in forma di microonde.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Quindi, i qubit provengono da ioni o da circuiti elettrici,

acted on by either lasers or microwaves.

attivati da laser o microonde.

Ogni approccio ha vantaggi e svantaggi.

Each approach has advantages and disadvantages.

Ions can be manipulated very precisely,

Gli ioni possono essere manipolati in modo molto preciso,

and they last a long time,

e durano a lungo;

but as more ions are added to a trap,

ma più sono gli ioni aggiunti a una trappola,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

più difficile diventa controllarne ognuno con precisione.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

Al momento non possiamo catturare abbastanza ioni per fare calcoli avanzati,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

ma una possibile soluzione potrebbe essere il collegamento di trappole più piccole

che comunicano tra loro attraverso i fotoni,

that communicate with each other via photons

rather than trying to create one big trap.

piuttosto che cercare di creare una unica grande trappola.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

I circuiti superconduttori, invece,

operano molto più velocemente degli ioni intrappolati,

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

ed è più facile aumentare il numero di circuiti in un computer

che non il numero degli ioni.

than the number of ions.

But the circuits are also more fragile,

Ma i circuiti sono anche più fragili

and have a shorter overall lifespan.

e hanno una durata complessiva più breve.

And as quantum computers advance,

E mentre i computer quantistici avanzano,

saranno ancora soggetti ai vincoli ambientali

they will still be subject to the environmental constraints

needed to preserve quantum states.

necessari a preservare gli stati quantistici.

But in spite of all these obstacles,

Ma nonostante tutti questi ostacoli,

siamo già riusciti a fare calcoli

we’ve already succeeded at making computations

in a realm we can’t enter or even observe.

in un regno impossibile da osservare e a cui accedere.