La corsa per risolvere il più grande problema dell’informatica quantistica

I computer quantistici esistono già, ma commettono troppi errori. Questo è probabilmente l’ostacolo più grande affinché la tecnologia diventi veramente utile, ma i recenti successi suggeriscono che una soluzione potrebbe essere all’orizzonte.

Gli errori si verificano anche nei computer tradizionali, ma esistono tecniche consolidate per risolverli. Si basano sulla ridondanza, in cui vengono utilizzati bit aggiuntivi per rilevare quando gli 0 vengono convertiti erroneamente in 1 o viceversa. Tuttavia, nel mondo quantistico, questo è molto più impegnativo.

Le leggi della meccanica quantistica impediscono che le informazioni vengano duplicate all’interno di un computer quantistico, quindi la ridondanza deve essere ottenuta diffondendo le informazioni tra gruppi di qubit – gli elementi costitutivi dei computer quantistici – e utilizzando fenomeni che esistono solo in contesti quantistici, come quando coppie di particelle vengono collegate tramite entanglement quantistico. Questi gruppi di qubit sono chiamati qubit logici e capire il modo ottimale per crearli e utilizzarli è importante per determinare come eliminare gli errori.

La recente impennata in corso rende i ricercatori ottimisti. “Questo è un momento molto emozionante per la correzione degli errori. Per la prima volta teoria e pratica entrano davvero in contatto”, afferma Robert Schoelkopf All’Università di Yale.

Il più grande ostacolo alla correzione degli errori quantistici è che il numero di qubit necessari per creare un qubit logico è elevato, il che rende costoso e impegnativo costruire un intero computer quantistico. Ma xiaoyu linpeng Lui e il suo team dell’International Quantum Academy in Cina hanno recentemente dimostrato che non è necessariamente così.

I ricercatori hanno scoperto che semplicemente combinando due qubit superconduttori con un piccolo risonatore si potrebbe creare un qubit più grande, che fa meno errori e può segnalare automaticamente l’errore quando si verifica. Hanno poi fatto un ulteriore passo avanti per mostrare come tre di questi qubit potrebbero essere raggruppati insieme tramite l’entanglement quantistico per creare potenza di calcolo senza errori latenti.

quindi la squadra di Schoelkopf recentemente presentato Quante delle operazioni richieste per programmare un computer quantistico possono essere implementate con un singolo tipo di qubit e con tassi di errore eccezionalmente bassi, con alcuni errori che si verificano raramente una volta su un milione di manipolazioni di qubit.

Anche se un simile approccio verrebbe rilevato da molti errori, i computer quantistici utili implicherebbero migliaia di qubit logici, il che significa che alcuni potrebbero comunque insinuarsi. Arianna Vezvei Lui e i suoi colleghi della start-up Quantum Elements hanno testato un modo per aggiungere ulteriore protezione dagli errori ai qubit logici, come indossare un impermeabile sotto l’ombrello.

L’idea principale è quella di non consentire ai qubit di rimanere inattivi per troppo tempo, poiché ciò causerebbe la perdita delle loro speciali proprietà quantistiche e la corruzione. Il team ha dimostrato che dare ai qubit inattivi un ulteriore “calcio” di radiazione elettromagnetica potrebbe creare l’entanglement più affidabile mai realizzato tra i qubit logici.

La ricetta esatta su come combinare i qubit fisici in qubit logici è effettivamente importante per alcuni dei calcoli più precisi David Munoz Ramo L’azienda di informatica quantistica Quantinum e i suoi colleghi lo hanno scoperto mentre testavano un algoritmo in grado di determinare l’energia più bassa possibile nella molecola di idrogeno. Lì, la precisione richiesta è così elevata che i metodi di correzione degli errori di base non sono sufficienti.

Tale innovazione nei programmi di correzione degli errori sarà fondamentale per il successo o il fallimento dei computer quantistici James Wooton Falena di avvio presso Quantum. “Siamo ancora nella fase in cui i ricercatori stanno imparando come tutti gli elementi di correzione degli errori si incastrano”. Dice che i computer quantistici non possono ancora funzionare in modo efficace senza errori, ma stiamo iniziando a lavorare sulle sue basi ingegneristiche.