Nuovo studio: sistemi modulari per espandere la scalabilità dei computer quantistici

RomeStudi recenti nel campo del calcolo quantistico hanno scoperto un metodo pratico per creare processori quantistici di grandi dimensioni. I computer quantistici utilizzano unità chiamate qubit per immagazzinare e gestire informazioni. A differenza dei bit tradizionali, i qubit possono trovarsi in più stati contemporaneamente, accelerando così le operazioni. Tuttavia, uno dei principali problemi del calcolo quantistico è la gestione simultanea di milioni di qubit, che richiede un'elettronica molto complessa.

Uno studio recente della professoressa Vanita Srinivasa dell'Università di Rhode Island presenta un sistema per ampliare i processori quantistici. L'idea principale è utilizzare connessioni flessibili per collegare i qubit su lunghe distanze. Questo metodo consente operazioni quantistiche correlate, fondamentali per rendere il calcolo quantistico più potente del calcolo tradizionale.

Punti Chiave:

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• I computer quantistici devono controllare ogni qubit singolarmente a frequenze diverse.
• Collegare più qubit richiede di solito l'adeguamento delle loro frequenze, ma questo diventa poco pratico man mano che il sistema cresce.
• Lo studio presenta un metodo per generare frequenze aggiuntive per ogni qubit applicando tensioni oscillanti.

Nel sistema proposto, i qubit di spin nei semiconduttori sono controllati tramite proprietà come lo spin dell'elettrone e contribuiscono a ridurre la perdita di informazioni. Invece di aggiungere semplicemente più qubit a un array unico, i ricercatori suggeriscono un approccio modulare. Ogni modulo è un piccolo array di qubit che può essere collegato grazie a link entangling a lungo raggio.

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Questo approccio modulare presenta vari vantaggi:

• Scalabilità: Consente di ampliare i processori quantistici utilizzando unità modulari collegate da connessioni robuste.
• Flessibilità: Diversi condizioni di risonanza rendono più semplice l'aggiunta di nuovi qubit senza bisogno di allinearne le frequenze.
• Robustezza: La minore sensibilità alla perdita di fotoni garantisce collegamenti stabili e a lunga distanza tra i qubit.

Lo studio ha esaminato i qubit di spin basati su punti quantici che interagiscono tramite fotoni a microonde all'interno di cavità superconduttrici. I punti quantici intrappolano elettroni in piccole aree nei semiconduttori, controllati da tensioni. Le cavità superconduttrici ospitano fotoni più grandi, essenziali per collegare i qubit. Esperimenti precedenti hanno trovato difficoltà a far coincidere le frequenze dei qubit e dei fotoni per la risonanza, anche con soli due qubit.

I ricercatori hanno risolto il problema utilizzando tensioni oscillanti per far oscillare rapidamente gli spin avanti e indietro. Questo ha aggiunto ulteriori opzioni di frequenza per ogni qubit, facilitando la sincronizzazione delle frequenze. Di conseguenza, ora ci sono nove modi diversi per collegare due qubit, migliorando la varietà di operazioni di entanglement che possono eseguire.

L'approccio mostra un potenziale promettente per la creazione di processori quantistici modulari utilizzando i qubit a semiconduttore. Il prossimo passo è applicare queste idee a dispositivi quantistici reali, con l'obiettivo di risolvere i problemi attuali e rendere possibili processori quantistici pratici.