Bharath Kannan, 27 anni, ha trovato un nuovo modo per rendere più potenti i computer quantistici riducendo i tassi di errore delle loro unità di calcolo fondamentali, note come qubit. Ora la società che dirige, Atlantic Quantum, sta lavorando per costruire computer quantistici che spera possano far progredire i campi della crittografia, della scienza dei materiali e dell’apprendimento automatico.

Ciò che rende i computer quantistici così potenti è che i qubit possono esistere in più stati contemporaneamente, consentendo nuovi tipi di calcoli. Ma i qubit sono altamente instabili e soggetti a errori, per cui le aziende che cercano di costruire computer quantistici abbastanza potenti da affrontare i problemi del mondo reale si trovano in una situazione di stallo. Ogni qubit aggiuntivo destinato all’esecuzione di un calcolo può richiedere migliaia di qubit dedicati esclusivamente alla cancellazione dei suoi errori. Sfortunatamente, il problema cresce in modo esponenziale anziché lineare, quindi non è possibile risolverlo facilmente con la forza bruta.

Kannan e Atlantic Quantum hanno adottato un approccio molto diverso: costruire un qubit migliore. I loro qubit, detti fluxonium, funzionano a una frequenza molto più bassa di quella utilizzata da molte altre aziende, chiamata qubit transmon. A questa frequenza più bassa, c’è meno sovrapposizione tra i segnali, il che significa meno interferenze e meno errori.

I ricercatori conoscevano i qubit fluxonium da circa un decennio. Ma i loro vantaggi non sono stati sfruttati perché erano più complessi da progettare e costruire e più difficili da controllare.

Kannan ha risolto queste sfide sviluppando nuovi circuiti per costruire e controllare qubit a bassa frequenza. Come ulteriore vantaggio, ha dimostrato che i computer quantistici basati sul fluxonio, poiché funzionano più lentamente senza sacrificare la velocità di elaborazione, possono essere controllati con un hardware più semplice di quello richiesto da altri tipi di computer quantistici.

di Russ Juskalian

12 settembre 2023

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Quando il Covid-19 ha iniziato a diffondersi all’inizio del 2020, gli scienziati si sono subito resi conto che tracciare le mutazioni del virus sarebbe stato essenziale per la salute pubblica, dato che sono emersi nuovi ceppi che espongono le persone a un rischio maggiore. Yatish Turakhia, all’epoca postdoc presso l’Istituto di Genomica dell’UC Santa Cruz, ha contribuito a sviluppare uno strumento software chiamato UShER per tracciare queste varianti di covid posizionandole, entro pochi minuti dall’invio di ogni nuovo campione, su un albero genealogico di tutti i genomi noti di SARS-CoV-2.

Lo strumento, accessibile online dal 2021, contiene ora più di 15 milioni di sequenze virali e gli scienziati ne aggiungono ogni giorno. Aiuta loro e gli operatori della sanità pubblica a scoprire nuovi ceppi, ad assegnare loro un nome e a seguirne l’evoluzione. Inoltre, permette di sorvegliare il virus in tempo reale su scala globale con un alto grado di precisione.

Più di recente, il team ha costruito un altro strumento software, chiamato RIPPLES, che esamina l’ampia struttura ad albero genealogico di UShER e studia se specifici “rami” di varianti possano essere ricombinanti – varianti ibride geneticamente distinte.

Prima dello sviluppo di RIPPLES, l’unico metodo a disposizione degli scienziati per identificare potenziali ricombinanti era ricordare le mutazioni individuate in altre varianti. RIPPLES automatizza questo processo, consentendo agli esperti sanitari di ricostruire la storia evolutiva del virus.

“La nostra comprensione globale del modo in cui il Covid si diffonde sarebbe stata gravemente compromessa senza il lavoro di Yatish”, afferma David Haussler, direttore scientifico dell’UC Santa Cruz Genomics Institute, che ha lavorato con Turakhia al progetto. “Il prodotto del suo algoritmo, che nessun altro avrebbe potuto realizzare, è un quadro globale di come il virus si è diffuso in tutti i dettagli genetici in tutto il mondo”.

di Rhiannon Williams

12 settembre 2023

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Quansan Yang, 28 anni, sta sviluppando chip più ecologici. I sistemi microelettromeccanici (MEMS) sono un tipo di chip minuscolo comunemente usato in sensori come i monitor della pressione sanguigna e gli accelerometri. Poiché sono costruiti per essere durevoli, spesso diventano rifiuti elettronici una volta esaurito il loro scopo. Yang è il primo a trovare materiali e architetture di chip che rendono i chip MEMS degradabili ma ancora altamente efficaci.

Questo lavoro ha implicazioni significative nel campo della biomedicina. Dopo che i pazienti avranno ricevuto impianti chirurgici MEMS che monitorano determinati indicatori biologici, non dovranno sottoporsi a un altro intervento chirurgico per rimuoverli. Al contrario, il dispositivo si degrada e viene assorbito dall’organismo in pochi mesi.

L’innovazione può essere utilizzata anche per produrre sensori agricoli e ambientali che si degradano dopo l’uso previsto, eliminando la necessità di rimozione manuale ed evitando che i dispositivi inquinino l’ambiente.

Yang non si è fermato qui. Ha anche inventato un nuovo processo di produzione basato sul laser che consente di produrre chip biodegradabili in modo efficiente, a basso costo e con scarti minimi. “Molte persone vogliono rendere sostenibile la fabbricazione dei chip; altre cercano di produrre elettronica degradabile, ma la loro fabbricazione non è in realtà sostenibile”, spiega Yang. Il suo lavoro pone le basi per un approccio più olistico: “Se riusciamo a rendere sostenibile l’intero ciclo di vita dei dispositivi, dalla fabbricazione al funzionamento, fino alla post-elaborazione, sarà molto bello”.

di Zeyi Yang

12 settembre 2023

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