RICERCA ITALIANA     

30 Gennaio 2009

Sempre più piccoli e potenti, in arrivo i Supercomputer del futuro

Il sogno di computer sempre più piccoli e sempre più potenti sta per diventare realtà grazie a uno studio congiunto fra ricercatori del laboratorio Infm-Cnr S3 di Modena e l'Università di Basilea.

Il risultato della ricerca è stato quello di riuscire a sfruttare i campi elettrici per manipolare i qubit dei computer quantistici, superando così uno dei maggiori impedimenti per lo sviluppo di questa tecnologia: poter manipolare i bit quantistici in modo rapido e affidabile.

Nell'immagine è possibile vedere una punta STM (microscopio a scansione ad effetto tunnel). Si tratta di un dispositivo capace di generare i campi elettrici localizzati ed intensi, sopra una molecola magnetica simile a quella considerata nell'articolo.
I ricercatori ci spiegano che "i componenti fondamentali degli elaboratori raggiungeranno dimensioni alle quali gli oggetti si comportano in modi radicalmente diversi da quelli previsti dalla fisica "classica" a causa dell'insorgere di fenomeni quantistici. In questo modo, gli scienziati potranno costruire computer e memorie di gran lunga più veloci di quelli attuali.
Inoltre, dato considerevole, saranno anche economici da realizzare a grandi scale e saranno in grado di memorizzare informazioni nel loro stato magnetico.

Al dottor Filippo Troiani, ricercatore del laboratorio S3 di Modena, abbiamo rivolto alcune domande:

Quando è iniziata e quando si è conclusa la ricerca?
La nostra ricerca non ha un inizio e una fine definiti, nel senso che è strettamente legata a progetti di ricerca cui abbiamo lavorato nel recente passato, e pone ulteriori problemi alla cui soluzione lavoreremo in futuro. Inoltre, si avvale di numerosi risultati ottenuti da altri gruppi, e ci auguriamo possa fornire nuovi spunti ad altri ricercatori. Insomma, sebbene il risultato sia a nostro parere interessante, esso può davvero acquistare un senso solo nell’ambito di un processo ben più ampio.

Come si è appassionato a questi studi?
Tutto è iniziato con la mia tesi di dottorato all’università di Modena, propostami dalla Prof.ssa Elisa Molinari. Il progetto sui magneti molecolari nasce invece dalla collaborazione con il Prof. Marco Affronte, con cui lavoro quotidianamente su questi temi. In generale, direi che questi studi hanno due caratteristiche che li rendono attraenti. Innanzitutto, sono ricerche con un forte carattere interdisciplinare, il che bilancia almeno in parte l’eccesso di specializzazione che la ricerca scientifica oggi comporta. In secondo luogo, si tratta di ricerche che, sebbene abbiano una importante componente applicativa, portano a confrontarsi con delle domande di carattere fondamentale: un compromesso tra il respiro ampio della ricerca fondamentale e la definizione di obiettivi specifici e concreti da parte della tecnologia.

I pc del futuro saranno sempre più piccole e sempre più potenti. Quelle da voi elaborate, saranno tecnologie applicabili anche ad altre strumentazioni?
Gli studi sulla computazione quantistica partono da un’idea profonda e affascinante, che va al di là della miniaturizzazione dei dispositivi e dell’aumento della loro velocità – ciò che si chiama “progresso incrementale”. L’idea è quella di “calcolare quantisticamente”, ovvero di elaborare l’informazione secondo modalità che riflettono le peculiarità della fisica quantistica, che spiega i fenomeni del mondo microscopico; mentre la scienza dell’informazione e l’attuale tecnologia dell’informazione assumono implicitamente le leggi della fisica classica, quella del mondo macroscopico, più vicina alla nostra esperienza ed alla nostra intuizione. Al di là delle grandi difficoltà che la sua implementazione comporta, è lecito attendersi che, come tutte le idee profonde, anche questa possa produrre frutti inattesi. Venendo al contenuto specifico della nostra ricerca – la manipolazione di magneti molecolari attraverso campi elettrici – è possibile che questa possa trovare applicazione in ambiti diversi da quello a cui noi oggi guardiamo, ma credo sia difficile fare previsioni precise a questo riguardo.

Produrli con queste tecniche avrà costi inferiori?
Anche questo è difficile da prevedere. La principale difficoltà legata alla realizzazione dei computer quantistici deriva dal fatto che già oggetti mesoscopici (ovvero di dimensioni intermedie tra il “micro” e il “macro”) in condizioni ambientali normali tendono a comportarsi secondo le leggi della fisica classica. In altri termini, per far emergere quei fenomeni su cui si basa il funzionamento dei computer quantistici è necessario spingere le tecnologie di assemblaggio e nanostrutturazione dei materiali ai limiti delle loro attuali possibilità; inoltre, una volta costruiti, simili dispositivi funzionano correttamente solo in condizioni estreme (per esempio, a temperature molto basse, in alcuni casi pochi gradi sopra lo zero assoluto). Questo lascia presagire che tecnologie di questo genere – compresa quella dei magneti molecolari – possano essere più indicate per funzioni specifiche ed avanzate che per un uso commerciale diffuso. Ma bisogna ricordare che previsioni di questo genere – poi clamorosamente smentite – sono frequenti nella storia della scienza.

Come ci si sente ad aver aperto nuove frontiere, come questa, nell’ambito degli studi in Fisica?
Siamo soddisfatti del risultato che abbiamo ottenuto, e riuscire a soddisfare i criteri selettivi richiesti per la pubblicazione su Physical Review Letters rappresenta già un parziale successo. Ma il nostro è un lavoro teorico, abbiamo lanciato un’idea. Saranno solo l’eventuale interesse della comunità scientifica per quest’idea e l’esito delle verifiche sulla sua fattibilità a decretare se si tratti o meno di un lavoro utile.

I prossimi obiettivi e/o settori d’interesse?
Uno dei prossimi obiettivi è sicuramente quello di individuare una serie di esperimenti che permettano di verificare la fattibilità dell’approccio che proponiamo. Per questo collaboriamo con diversi gruppi in Italia ed in Europa, dai chimici che sintetizzano le molecole ai fisici sperimentali che dispongono delle tecnologie e delle conoscenze avanzate necessarie per realizzare in laboratorio le porte logiche dei computer del futuro.

Se non avesse fatto quello che fa oggi, quale sarebbe, se c’è, il suo sogno?
Credo che mi sarebbe piaciuto molto insegnare fisica e matematica alle superiori.

Vuole aggiungere qualcos’altro?
Vorrei ricordare che questo articolo è frutto della collaborazione con il gruppo del Prof. Daniel Loss (dell’Università di Basilea), che è uno dei padri della computazione quantistica in sistemi semiconduttori a bassa dimensionalità.