Risolto un problema cruciale per il futuro del calcolo quantistico affidabile

RomeRicercatori dell'Università di Tecnologia Chalmers in Svezia hanno sviluppato un nuovo sistema che risolve un problema cruciale nel campo del calcolo quantistico. I sistemi quantistici attuali o svolgono compiti complessi ma sono rumorosi e inclini agli errori, oppure sono stabili ma inefficaci nelle computazioni. Questa nuova soluzione attenua questi problemi, portando a computer quantistici più affidabili e duraturi.

I computer quantistici utilizzano i qubit, che grazie alla sovrapposizione possono essere sia 1 che 0 contemporaneamente. Tuttavia, i qubit sono suscettibili agli errori causati da interferenze elettromagnetiche e fluttuazioni magnetiche, il che limita la durata del loro funzionamento. Per risolvere problemi complessi, i ricercatori devono gestire efficacemente gli stati quantistici. C'è però una sfida da affrontare: i sistemi capaci di correggere errori e operare a lungo tendono ad avere difficoltà nel controllare gli stati quantistici, e viceversa.

Ricercatori dell'Università di Chalmers hanno sviluppato un nuovo sistema che è in grado di eseguire compiti complessi su un sistema quantistico a stati multipli molto più rapidamente di quanto fosse possibile in precedenza.

Caratteristiche principali del sistema Chalmers:

• Capacità di eseguire operazioni complesse rapidamente
• Funzioni avanzate di correzione degli errori
• Impiego del calcolo quantistico a variabili continue
• Compatibilità con gli attuali computer quantistici con circuiti superconduttori

I qubit differiscono dai bit dei computer classici poiché possono essere simultaneamente 1 e 0. I sistemi fisici che utilizzano i qubit sono molto soggetti a errori, quindi i ricercatori cercano soluzioni migliori per rilevare e correggere questi errori. Il sistema Chalmers impiega un tipo di calcolo quantistico chiamato calcolo quantistico a variabili continue e utilizza oscillatori armonici per codificare le informazioni in modo semplice.

Questi dispositivi sono costituiti da sottili strisce di materiale superconduttore posizionate su una base isolante per creare risonatori a microonde. Funzionano perfettamente con i più recenti computer quantistici superconduttori.

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Calcolo quantistico migliorato con controllo avanzato

Il calcolo quantistico a variabili continue ha migliorato la correzione degli errori, ma era inizialmente limitato nell'esecuzione di compiti complessi. I tentativi precedenti di utilizzare oscillatori armonici con sistemi di controllo come quelli superconduttori hanno incontrato l'effetto Kerr, che disturba gli stati quantistici. Per risolvere questo problema, i ricercatori di Chalmers hanno posizionato un dispositivo di controllo all'interno dell'oscillatore.

Questo metodo organizza gli stati quantistici e permette di controllarli con precisione. Di conseguenza, è in grado di eseguire nuove operazioni sui gate molto rapidamente. Inoltre, questa strategia mantiene i vantaggi degli oscillatori armonici, come la tolleranza agli errori, consentendo al contempo un controllo accurato degli stati quantistici.

Gli scienziati hanno pubblicato uno studio su Nature Communications presentando un metodo che unisce correzione degli errori e operazioni complesse. Hanno messo in discussione la pratica comune di mantenere separati gli elementi superconduttori dagli oscillatori quantistici. Inserendo il dispositivo di controllo all'interno dell'oscillatore, hanno ottenuto operazioni veloci senza interferire con gli stati quantistici.

I ricercatori ritengono che questo nuovo sistema potrebbe portare a computer quantistici più potenti e affidabili, capaci di risolvere problemi complessi e gestire gli errori con efficacia. Questo progresso rappresenta un passo fondamentale verso la realizzazione pratica di un'informatica quantistica avanzata.