I codici fantasma potrebbero aiutare i computer quantistici a evitare errori

Gli algoritmi chiamati codici fantasma potrebbero aiutare i computer quantistici a eseguire programmi complessi senza errori, rimuovendo un grosso ostacolo nel rendere la tecnologia più ampiamente utile.

Inizialmente, alcuni fisici erano scettici sul fatto che i computer quantistici sarebbero mai stati utili perché si aspettavano che gli errori in questi dispositivi sarebbero stati troppo difficili da correggere. Oggi esistono molti tipi di computer quantistici e sono già stati utilizzati per la scoperta e l’esplorazione scientifica. Tuttavia, nonostante siano stati compiuti progressi, i ricercatori non sono riusciti a ridurre completamente il problema che causa gli errori.

Molti popolari programmi di correzione degli errori consentono ai computer quantistici di archiviare informazioni senza errori, ma hanno difficoltà, ad esempio, quando si tratta di calcoli Shayan Majidy All’Università di Harvard.

Alla ricerca di una soluzione, lui e i suoi colleghi si sono concentrati su calcoli che comportano molti passaggi computazionali, il che li rende lunghi e inefficienti da eseguire e comporta il rischio di introdurre ulteriori errori.

I computer quantistici sono costituiti da unità fisiche chiamate qubit, ma questi calcoli coinvolgono qubit logici o gruppi di qubit che condividono informazioni per ridurre il tasso di errore. Per rendere i calcoli a prova di errore, i dispositivi in ​​genere devono manipolare qubit logici – ad esempio, sparando laser o microonde contro qubit fisici – in modo da intrecciarne due o più o modificarne le proprietà quantistiche.

Il codice fantasma consente di intrecciare più qubit logici senza alcuna azione fisica, da qui il nome “fantasma”. In termini pratici, ciò significa che l’intero calcolo richiederà meno operazioni di questo tipo, aumentandone l’efficienza e riducendo il numero di errori.

Majidi e i suoi colleghi hanno utilizzato simulazioni al computer per testare il Codice Fantasma su due compiti: creare uno stato speciale di qubit che viene spesso utilizzato nei calcoli e simulare un modello giocattolo di un materiale quantistico. Hanno scoperto che, poiché richiede meno manipolazione fisica, il loro approccio fornisce risultati fino a 100 volte più accurati rispetto ai programmi di correzione degli errori più tradizionali.

I codici fantasma non possono aiutare ogni singolo programma di calcolo quantistico, dice Majidi, ma eccellono in situazioni in cui i calcoli richiedono già molto entanglement. Non creano complicazioni, dice, ma sfruttano ciò che già esiste. Dice: “Non è un pranzo gratis. È solo un pranzo che già esisteva e non lo stavamo mangiando”.

Marco Howard L’Università di Galway in Irlanda afferma che scegliere un codice di correzione degli errori per un’attività di calcolo quantistico è come scegliere un’armatura: un’armatura a piastre può ottenere una protezione maggiore rispetto a una cotta di maglia, a scapito di essere più pesante e meno flessibile. Howard afferma che i codici fantasma offrono flessibilità, ma come la catena di posta presentano anche degli svantaggi, come la richiesta di più qubit rispetto ad alcuni approcci tradizionali. Per questo motivo, potrebbero essere utilizzati per alcune subroutine mirate di programmi di calcolo quantistico, ma è improbabile che costituiscano una soluzione completa ai problemi di errore dei computer quantistici, afferma.

Domenico Williamson L’Università di Sydney in Australia afferma che è una questione aperta quanto possano essere competitivi i codici fantasma con altri metodi di correzione degli errori, parte dei quali potrebbero dipendere dagli sviluppi futuri dell’hardware del calcolo quantistico.

Majidi afferma che il suo team sta già lavorando con colleghi che costruiscono computer quantistici da atomi ultrafreddi. Sperano che le lezioni apprese dal Codice Phantom, combinate con le intuizioni su ciò che un qubit può fare nella pratica, portino a una nuova strategia, in cui i programmi di calcolo quantistico sarebbero adattati specificamente per un particolare compito e implementazione.