Tipo evento: Presentazione
Destinatari: Pubblico generale

La chimica computazionale è un utile strumento per la progettazione di nuovi materiali, che potrebbero avere utili ricadute sulla sostenibilità ambientale dell'attività antropica. Per esempio: - nuovi catalizzatori possono aiutare a ridurre il fabbisogno energetico nelle industrie chimiche - nuovi biofilm fotosintetici, riproducendo artificialmente la fotosintesi clorofilliana, aprono la strada a sistemi di raccolta dell'energia radiante del Sole molto più efficienti degli attuali pannelli solari - nuovi materiali per gli elettrodi delle batterie ed una migliore comprensione della chimica all'interfaccia tra elettrodo ed elettrolita possono portare a batterie con una maggiore densità energetica ed un tempo di vita più lungo - innovativi materiali assorbenti nano-porosi possono portare alla riduzione per rimozione della CO2 atmosferica. La chimica computazionale richiede però la simulazione dei complessi fenomeni quantistici che governano la fisica delle molecole di questi materiali innovativi. L'emulazione di questi fenomeni fisici su un calcolatore classico porta ad aumento di risorse (tempo e memoria) che crescono più che esponenzialmente con le dimensioni della molecola da simulare, rendendo impossibile progettare molecole anche di modesta complessità. Come propose nel 1982 il premio Noble Richard Feynman, per simulare con efficienza un sistema quantistico serve un computer quantistico che metta a disposizione realmente, senza emularli, i fenomeni fisici alla base della Meccanica Quantistica, come la Sovrapposizione degli Stati e l'Entanglement. Il mattoncino base di un microprocessore quantistico è il qubit, che è l'analogo del bit per un microprocessore classico. La manipolazione di qubit porta alla realizzazione di porte quantistiche che sono l'analogo delle porte logiche che si trovano all'interno di un normale microprocessore. A loro volta, le porte quantistiche permettono l'implementazione di algoritmi quantistici tramite i quali simulare la fisica delle molecole di materiali innovativi. La progettazione e la fabbricazione di circuiti integrati che permettano la realizzazione di porte logiche quantistiche è oggi una grande sfida per il mondo della microelettronica. Attualmente si è in un'eccitante fase di sviluppo e ricerca che ricorda quella pioneristica della microelettronica della seconda metà del secolo scorso. Questa presentazione intende descrivere i principi fisici alla base di un microprocessore quantistico assieme agli aspetti tecnologici relativi alla sua progettazione e fabbricazione.

a cura di Alessandro Badiali, Mattia Borgarino
Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari