Il quantum computing ha un problema di base: i qubit sono fragili. Un disturbo, un’interferenza, e l’informazione collassa. Per anni la soluzione più promettente sembrava quella dei qubit topologici, basati sugli anyon, particelle esotiche che si manipolano intrecciandole come nodi. Ma c’era un limite: le versioni sperimentali, gli Ising anyon, permettono solo operazioni di tipo Clifford, facilmente simulabili da un computer classico. In pratica, tanta teoria, poca potenza reale.
Ora un gruppo guidato da Aaron Lauda (University of Southern California) ha trovato una via d’uscita: ripescare proprio quelle particelle che la matematica aveva “buttato via”. Le hanno chiamate neglectons.
Anyon, braiding e i limiti attuali
Gli anyon vivono in materiali bidimensionali e non si comportano né da bosoni né da fermioni. Il loro stato cambia solo se li muovi uno intorno all’altro, in un processo detto braiding. È qui che nasce la protezione topologica: l’informazione non dipende dal percorso, ma dalla forma finale del nodo.
Peccato che con i soli Ising anyon il gioco finisca presto. Puoi costruire porte logiche, sì, ma non tutte quelle necessarie per un computer quantistico universale.
L’intuizione: non scartare i neglectons
Nella matematica classica della topological quantum field theory, certi anyon sembravano avere dimensione quantica zero. Inutile provarci, diceva il modello: non possono contribuire. Lauda ha ribaltato il dogma.
Grazie a nuovi strumenti matematici sviluppati da Nathan Geer, Jonathan Kujawa e Bertrand Patureau-Mirand, è emerso che quelle entità “vuote” non erano così irrilevanti. Inserendole di nuovo nell’equazione, e lasciando che gli Ising anyon si intreccino intorno a loro, si ottiene finalmente un set completo di operazioni quantistiche.
In altre parole, i neglectons rendono gli anyon davvero universali.
Il problema dell’unitarietà (e la soluzione)
C’era però un ostacolo: il modello con i neglectons perdeva una proprietà fondamentale della meccanica quantistica, l’unitarietà, che garantisce probabilità sempre positive.
Qui è entrato in gioco il lavoro di Filippo Iulianelli, dottorando di Lauda, che ha trovato un modo per confinare i calcoli solo agli spazi in cui la trasformazione rimane unitaria. Una sorta di filtro matematico che salva capra e cavoli.
Perché conta
Secondo Shawn Cui (Purdue University), non coinvolto nello studio, si tratta di un “avanzamento teorico sostanziale”. Tradotto: ancora non abbiamo neglectons in laboratorio, ma la strada è tracciata. E la fisica ha già esempi di particelle previste dalla matematica e scoperte in seguito, come l’omega meno barione teorizzato da Gell-Mann nel 1962.
Lauda stesso sottolinea che gli Ising anyon già li stiamo osservando. Ora la sfida è cercare anche i neglectons negli stessi sistemi. Se esistono davvero, il passo verso un quantum computing robusto e universale sarebbe molto più vicino di quanto pensiamo.
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