I computer quantistici promettono di risolvere problemi fuori dalla portata anche dei più potenti supercomputer, ma la loro fragilità rimane il principale ostacolo. I qubit, infatti, sono estremamente sensibili all’ambiente e gli errori si accumulano rapidamente.
Una delle strade più promettenti per superarli è il calcolo quantistico topologico, basato su particelle esotiche chiamate anyon. In particolare, gli anyon di Ising sono da tempo al centro della ricerca, grazie al loro potenziale in sistemi come lo stato quantico di Hall frazionario o i superconduttori topologici. Il problema? Da soli, non bastano per il calcolo quantistico universale: le loro operazioni si limitano ai cosiddetti Clifford gates.
L’idea: un “pezzo mancante” dimenticato
Un nuovo studio pubblicato su Nature Communications e guidato dalla USC (University of Southern California) ha trovato una soluzione sorprendente: introdurre un nuovo tipo di anyon, inizialmente considerato inutile e scartato dai modelli matematici tradizionali. Il team lo ha battezzato “neglecton”, proprio per il suo passato da “particella trascurata”.
Combinando un solo neglecton con gli anyon di Ising, diventa possibile eseguire qualsiasi operazione quantistica universale attraverso il solo braiding (l’intreccio, ovvero il movimento delle particelle attorno a un punto fisso).
Dal rifiuto matematico al tesoro quantistico per i computer quantistici
Alla base della scoperta c’è una nuova classe di teorie matematiche: le TQFT non-semisemplici. Nei modelli classici, oggetti con “traccia quantistica zero” venivano eliminati, considerati privi di utilità. In realtà, proprio questi elementi nascosti si sono rivelati fondamentali per completare la cassetta degli attrezzi del calcolo quantistico universale.
La sfida: stanze instabili ma sicure per il calcolo su computer quantistici
Il nuovo approccio introduce irregolarità matematiche che sembravano compromettere l’unitarietà, un principio base della meccanica quantistica. Ma i ricercatori hanno trovato un modo per isolare queste anomalie, confinandole in “stanze instabili” che non influenzano il cuore della computazione.
In pratica, la teoria globale può essere insolita, ma il calcolo rimane affidabile.
Computer quantistici: un passo verso il futuro
Questa ricerca dimostra come la matematica pura possa fornire soluzioni concrete all’ingegneria quantistica. Ora l’obiettivo è individuare materiali reali in cui possa emergere il neglecton stazionario e sviluppare protocolli che traducano questa teoria in operazioni sperimentali.
Come sottolinea Aaron Lauda, autore senior dello studio: “Questo lavoro ci porta più vicini al calcolo quantistico universale con particelle che già sappiamo creare. Se i fisici sperimentali riusciranno a realizzare il neglecton, il pieno potenziale dei sistemi basati su Ising sarà finalmente alla portata.”
