I computer quantistici che riciclano i propri qubit potrebbero limitare gli errori

I computer quantistici costituiti da qubit basati su atomi ultrafreddi stanno diventando più grandi a un ritmo impressionante, il che potrebbe presto renderli potenti dal punto di vista computazionale, ma gli errori si verificano a un ritmo che ne limita l’utilità. Ora, i ricercatori hanno scoperto come ricablare e riutilizzare questi qubit per rendere i loro calcoli più pratici e affidabili.

Tutti i computer quantistici esistenti sono soggetti a errori nella gestione dei calcoli che sono utili e danno loro un vantaggio rispetto ai computer convenzionali, ma i ricercatori hanno fatto grandi progressi nello sviluppo di schemi di correzione degli errori in grado di risolvere questo problema.

In esso, gli elementi costitutivi di un computer quantistico, chiamati qubit, sono divisi in due gruppi principali: qubit che hanno il compito di manipolare i dati, che vengono utilizzati per eseguire calcoli, e altri chiamati “qubit ancilla”, che tengono traccia degli errori.

Pertanto, creare molti qubit di alta qualità per qualsiasi scopo rappresenta una grande sfida tecnica. norcia opaca Lui e i suoi colleghi di Atom Computing hanno escogitato un modo per riutilizzare o sostituire i qubit Ancilla, riducendo il numero necessario per realizzarli. Ora hanno dimostrato che i loro qubit di tracciamento degli errori possono essere riciclati 41 volte consecutive.

“Qualsiasi calcolo di utilizzo sarà probabilmente un calcolo molto lungo, quindi dovrai eseguire più cicli di misurazioni. Idealmente, vuoi essere in grado di riutilizzare i qubit in più cicli in modo da non dover continuare a fornire più qubit nel sistema”, afferma Norcia.

Lui e i suoi colleghi hanno utilizzato qubit costituiti da atomi di itterbio elettricamente neutri raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto con laser e impulsi elettromagnetici. Possono controllare le proprietà quantistiche che codificano lo stato quantistico e le informazioni per ciascun atomo con laser configurati in “pinzette ottiche”. Il team ha utilizzato questa tecnica per organizzare il proprio computer quantistico in tre regioni distinte.

Nella prima area, 128 pinzette ottiche guidavano i qubit per eseguire i calcoli, mentre 80 pinzette nella seconda area contenevano qubit che potevano essere utilizzati per misurazioni di errori e scambiati al posto di eventuali qubit errati. La terza zona fungeva da magazzino, con spazio per altri 75 cubiti recentemente messi in condizioni utilizzabili. La presenza di questi ultimi due campi ha consentito ai ricercatori di reimpostare e riutilizzare i qubit Ancilla o sostituirli con altri nuovi.

Norcia afferma che questa soluzione è stata difficile da implementare perché qualsiasi luce diffusa proveniente da un laser che colpisce un’orbita vicina potrebbe interromperne il funzionamento. Per questo motivo, i ricercatori hanno dovuto sviluppare un controllo preciso sui loro laser, ma anche sviluppare modi per regolare la posizione dei qubit di dati in modo che rimanessero “nascosti” o non influenzati da alcuni tipi di luce dannosa, dice.

“Riutilizzare Ancilla è di fondamentale importanza per il progresso dell’informatica quantistica”, afferma Yuval Boger Presso la società americana di informatica quantistica QuEra. Senza questa capacità, anche calcoli molto modesti richiederebbero milioni o miliardi di qubit, e questo non è fattibile per nessun hardware di calcolo quantistico esistente o di prossima costruzione, dice.

Questo problema è stato riconosciuto nella comunità di ricerca sui qubit basati sull’atomo. “Penso che tutti nel campo dell’atomo neutro (calcolo quantistico) comprendano la necessità di ripristinare e ricaricare gli atomi durante i calcoli”, afferma Norcia.

Boger, ad esempio, sottolinea che un team di ricercatori dell’Università di Harvard ha utilizzato un metodo simile per mantenere un computer quantistico. 3000 atomi di rubidio ultrafreddi Va avanti per diverse ore. Anche alcuni computer quantistici con qubit costituiti da ioni controllati dalla luce, come il computer quantistico Helios, recentemente lanciato dalla società di informatica quantistica Quantumum, possono riutilizzare i qubit.