Uno strano tipo di quanticità potrebbe essere la chiave del successo dei computer quantistici

Cosa rende i computer quantistici più potenti delle macchine convenzionali? Un nuovo esperimento mostra che la proprietà della “rilevanza quantistica” può essere una componente chiave.

I computer quantistici sono fondamentalmente diversi da tutti gli altri computer perché utilizzano fenomeni quantistici specifici assenti nell’elettronica convenzionale. Ad esempio, i loro elementi costitutivi, chiamati qubit, sono regolarmente posti in stati di sovrapposizione – possiedono contemporaneamente due proprietà che normalmente si escludono a vicenda – oppure sono collegati attraverso collegamenti indistruttibili di entanglement quantistico.

Ora, i ricercatori di Google Quantum AI hanno utilizzato il loro computer quantistico Willow per eseguire una serie di dimostrazioni, dimostrando che anche la proprietà della rilevanza quantistica gioca un ruolo importante.

La rilevanza quantistica coglie una stranezza nella misurazione delle proprietà degli oggetti quantistici. Mentre il colore di una penna, ad esempio, non è influenzato dal fatto che la si misuri prima o dopo aver misurato la lunghezza della penna, per un oggetto quantistico i risultati delle misurazioni non possono essere trattati come proprietà preesistenti indipendenti da tutte le altre misurazioni.

Questa rilevanza è stata studiata in precedenza attraverso speciali esperimenti con la luce quantistica e nel 2018 da un team di ricercatori matematicamente provato Può anche essere utilizzato negli algoritmi di calcolo quantistico.

Nello specifico, questo algoritmo consentirebbe a un computer quantistico di trovare una formula matematica nascosta all’interno di un grande oggetto matematico in un numero fisso di passaggi, indipendentemente da quanto grande sia l’oggetto. In altre parole, la rilevanza quantistica consente qualcosa di simile a trovare un ago in un pagliaio, indipendentemente dalle dimensioni del pagliaio.

L’esperimento di Google ha applicato questo algoritmo a un numero crescente di qubit, da pochi a 105, il che equivale ad aumentare un pagliaio. Poiché Willow ha più rumore, il che significa che è meno privo di errori, rispetto al computer quantistico teorico ideale per cui è stato scritto l’algoritmo, il numero di passaggi aumenta con il numero di qubit. Tuttavia, Willow utilizzava comunque meno passaggi di quelli stimati dai ricercatori che avrebbero richiesto un computer convenzionale.

In questo modo, la rilevanza quantistica porta a un vantaggio quantistico: il caso di un computer quantistico che sfrutta la sua quanticità per superare le prestazioni dei dispositivi classici. Inoltre, il team ha implementato diversi altri protocolli di calcolo quantistico che si basano sulla rilevanza quantistica e ha scoperto che i suoi effetti sono più forti rispetto agli studi precedenti.

Dice: “Quando ne ho sentito parlare per la prima volta ho detto che non poteva essere vero. È davvero sorprendente”. Adam Cabello Presso l’Università di Siviglia in Spagna.

“Questi risultati dimostrano chiaramente come gli attuali computer quantistici stiano ampliando i confini della fisica quantistica sperimentale”, afferma Veer Bulchandani alla Rice University in Texas. Dice che qualsiasi computer quantistico candidato a un utile vantaggio quantistico dovrebbe essere in grado di svolgere questi compiti, come punto di riferimento del suo carattere quantistico.

Tuttavia, le prestazioni non sono ancora una prova del vantaggio quantistico che possa essere messo in pratica poiché l’algoritmo del 2018 ha dimostrato la superiorità dei computer quantistici rispetto ai computer classici solo per un numero maggiore di qubit rispetto a Willow e utilizzando qubit meno soggetti a errori, ad esempio. affare Daniele All’Università della California del Sud. Dice che il prossimo passo potrebbe essere quello di collegare il nuovo lavoro agli algoritmi quantistici di correzione degli errori.

Oltre a presentare un nuovo punto di riferimento per i computer quantistici, questo esperimento sottolinea anche l’importanza degli aspetti più fondamentali della fisica quantistica. Cabello afferma che ai ricercatori manca ancora una teoria completa di ciò che causa esattamente il vantaggio quantistico, ma a differenza dell’entanglement, che spesso deve essere creato, la rilevanza è, in un certo senso, incorporata negli oggetti quantistici. I computer quantistici come Willow sono ora abbastanza validi da costringerci a prendere sul serio le stranezze della fisica quantistica, dice.