Tecnica potenziata dall'intelligenza artificiale che assembla array privi di difetti con migliaia di atomi

Il 25 agosto 2025 caratteristica di Ingrid Fadelli, Phys.org scrittrice collaboratrice modificata da Gaby Clark, recensita da Robert Egan redattore scientifico redattore associato Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità dei contenuti: verifica dei fatti pubblicazione sottoposta a revisione paritaria fonte affidabile corretto di bozze La simulazione di sistemi quantistici e lo sviluppo di sistemi in grado di effettuare calcoli sfruttando gli effetti meccanici quantistici si basano sulla capacità di disporre gli atomi in specifici schemi con un elevato livello di precisione. Per disporre gli atomi in schemi ordinati noti come array, i fisici utilizzano tipicamente le pinzette ottiche, fasci laser altamente focalizzati che possono intrappolare particelle. I ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina e del Laboratorio di Intelligenza Artificiale di Shanghai hanno recentemente introdotto un nuovo protocollo basato sull'intelligenza artificiale (AI) che potrebbe facilitare la disposizione di migliaia di atomi in array e garantire che questi array siano privi di difetti (cioè senza atomi mancanti). Il loro approccio proposto, presentato in un articolo pubblicato su Physical Review Letters, corregge rapidamente gli array in tempo reale utilizzando ologrammi (cioè ologrammi luminosi generati al computer) proiettati tramite un dispositivo noto come modulatore spaziale, insieme ad algoritmi di intelligenza artificiale che possono pianificare lo spostamento simultaneo di tutti gli atomi intrappolati nelle posizioni desiderate. "Il nostro interesse iniziale negli array di atomi neutri è iniziato effettivamente con l'interesse fondamentale nel secolo vecchio dibattito tra Einstein e Bohr sull'esperimento mentale della fenditura di reazione", ha raccontato il prof. Chao-Yang Lu, co-autore principale dell'articolo, a Phys.org. "La nostra ricerca per realizzare fedelmente l'esperimento mentale di Einstein utilizzando un singolo atomo intrappolato in uno stadio di ground state in tre dimensioni come fenditura di reazione a limite quantistico è iniziata circa cinque anni fa. Nel frattempo, abbiamo riconosciuto anche il grande potenziale degli array di atomi come piattaforma pulita e splendida per il calcolo quantistico." Lo scopo di questo recente studio era quello di combinare tecniche di intelligenza artificiale con la fisica quantistica per affrontare una sfida ampiamente documentata incontrata durante la costruzione di array di atomi. Uno dei principali ricercatori era il dott. Han-Sen Zhong, ex studente di Lu che ha completato il suo dottorato all'Università di Scienza e Tecnologia della Cina ed è iniziato a lavorare presso il Laboratorio di Intelligenza Artificiale di Shanghai. "Riconosciamo che l'AI per la Scienza sta emergendo come un potente paradigma per affrontare problemi scientifici complessi e stiamo avendo discussioni in corso su questo con Han-Sen", ha affermato Lu. "Ciò ci ha portato ad utilizzare l'intelligenza artificiale per risolvere una delle sfide a lungo termine nel campo degli array di atomi: come riordinare array atomici su larga scala in modo efficiente, veloce e scalabile. Questo è un bell'esempio di 'AI4Q' (AI per la Quantica)." Zhong, che era uno studente nel gruppo di ricerca di Lu al momento dello studio, ha progettato un framework guidato dall'intelligenza artificiale che può pianificare lo spostamento simultaneo di tutti gli atomi in un array di pinzette ottiche. Nei loro esperimenti, l'array di pinzette ottiche è stato generato utilizzando un modulatore di luce spaziale ad alta velocità, un dispositivo che può imprimere un ologramma sul fascio laser incidente. "Utilizziamo il modello di intelligenza artificiale per calcolare gli ologrammi per la ricomposizione in tempo reale degli atomi", ha spiegato Zhong. "Con il controllo preciso sia della posizione che della fase dell'array di pinzette, tutti gli atomi vengono spostati simultaneamente. Sperimentalmente, abbiamo dimostrato l'assemblaggio di array atomici 2D e 3D privi di difetti con fino a 2024 atomi in soli 60 millisecondi. Rilevante, il costo temporale rimane costante nonostante le dimensioni dell'array, rendendo il metodo facilmente scalabile a 10.000 o anche 100.000 atomi in futuro." Scopri le ultime novità in campo scientifico, tecnologico e dello spazio con oltre 100.000 abbonati che si affidano a Phys.org per gli aggiornamenti giornalieri. Iscriviti alla nostra newsletter gratuita e ricevi aggiornamenti su scoperte, innovazioni e ricerche che contano, giornalieri o settimanali. Il metodo proposto dai ricercatori analizza array di atomi caricati casualmente e calcola il percorso ottimale dagli atomi caricati nelle pinzette ottiche ai siti di destinazione senza atomi. Questo percorso viene poi diviso in un insieme di passaggi sottostanti. "L'intero percorso è diviso in N passaggi e per ciascun piccolo passaggio utilizziamo un modello di intelligenza artificiale per calcolare l'ologramma per il modulatore di luce spaziale, con controllo preciso sia della posizione che della fase dell'array di pinzette", ha detto Zhong. "In tempo reale, tutti gli atomi vengono spostati simultaneamente. Il nostro metodo raggiunge un alto livello di parallelismo e quindi una rapida esecuzione a tempo costante."Un tratto caratterizzante dell'approccio del team per l'assemblaggio di array di atomi neutri privi di difetti è che consente il movimento parallelo di tutti gli atomi per produrre array privi di difetti. Questo è in contrasto con i metodi precedentemente introdotti, che invece spostano gli atomi in sequenze. "Abbiamo ottenuto un riarrangiamento rapido e a tempo costante, indipendentemente dalle dimensioni dell'array", ha detto Lu. Questo studio potrebbe aprire nuove possibilità per la realizzazione di sistemi quantistici composti da array di atomi privi di difetti. Questi sistemi potrebbero a loro volta essere utilizzati per eseguire in modo affidabile simulazioni o calcoli quantistici. "Il nostro prossimo obiettivo sarà dimostrare la correzione degli errori quantistici e il calcolo quantistico tollerante ai guasti basato sugli qubit atomici", ha aggiunto il Prof. Jian-Wei Pan, co-autore principale dell'articolo. Scritto per voi dal nostro autore Ingrid Fadelli, editato da Gaby Clark, e verificato e revisionato da Robert Egan, questo articolo è il risultato di un attento lavoro umano. Ci affidiamo a lettori come voi per mantenere viva la giornalismo scientifico indipendente. Se questa informazione è importante per te, si prega di considerare una donazione (soprattutto mensile). Riceverai un account senza pubblicità come ringraziamento. Ulteriori informazioni: Rui Lin et al, Assemblaggio parallelo abilitato dall'IA di migliaia di array di atomi neutri privi di difetti, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2ym8-vs82. Su arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2412.14647 Informazioni sulla rivista: Physical Review Letters, arXiv © 2025 Science X Network