Computer quantistici del futuro mantengono la promessa di risolvere ogni tipo di problema. Ad esempio, potrebbero portare a materiali più sostenibili, nuovi farmaci e persino a risolvere i problemi più difficili della fisica fondamentale.
Ma rispetto ai computer classici odierni, i computer quantistici rudimentali sono più inclini agli errori. Non sarebbe bello se i ricercatori potessero semplicemente estrarre una speciale gomma quantistica ed eliminare gli errori?
Sebbene gli errori dei computer quantistici siano normalmente difficili da individuare nei dispositivi quantistici, i ricercatori hanno dimostrato che, con un attento controllo, alcuni errori possono far brillare gli atomi. I ricercatori hanno utilizzato questa capacità per eseguire una simulazione quantistica utilizzando una serie di atomi e un raggio laser, come mostrato in questo concetto artistico semplificato. L’esperimento ha dimostrato che potevano eliminare gli atomi luminosi ed errati e far funzionare la simulazione quantistica in modo più efficiente. Credito immagine: Caltech/Lance Hayashida
Segnalazione sul giornale Natura, un gruppo di ricercatori guidati dal Caltech è tra i primi a dimostrare un tipo di gomma quantistica. I fisici dimostrano di poter individuare e correggere gli errori nei sistemi di calcolo quantistico noti come errori di “cancellazione”.
“Normalmente è molto difficile rilevare gli errori nei computer quantistici, perché il semplice atto di cercare gli errori ne provoca altri”, afferma Adam Shaw, co-autore principale del nuovo studio e studente laureato nel laboratorio di Manuel Endresprofessore di fisica al Caltech.
“Ma dimostriamo che con un controllo accurato, possiamo individuare con precisione e cancellare alcuni errori senza conseguenze, da cui deriva il nome cancellazione”.
Adam Shaw. Credito immagine: Caltech
I computer quantistici si basano sulle leggi della fisica che governano il regno subatomico, come ad esempio intreccio, un fenomeno in cui le particelle rimangono collegate e si imitano senza essere in contatto diretto. Nel nuovo studio, i ricercatori si sono concentrati su un tipo di piattaforma di calcolo quantistico che utilizza matrici di atomi neutri o atomi senza carica.
Nello specifico, loro manipolavano singoli atomi neutri alcalino-terrosi confinati all’interno di “pinzette” fatte di luce laser. Gli atomi sono stati eccitati da stati ad alta energia – o stati “Rydberg” – in cui gli atomi vicini iniziano a interagire.
“Gli atomi nel nostro sistema quantistico comunicano tra loro e generano entanglement”, spiega Pascal Scholl, l’altro co-autore principale dello studio ed ex studioso post-dottorato al Caltech che ora lavora presso una società di informatica quantistica in Francia chiamata PASQAL.
Pasquale Scholl. Credito immagine: Caltech
L’entanglement è ciò che consente ai computer quantistici di sovraperformare i computer classici. “Tuttavia, alla natura non piace rimanere in questi stati quantistici entangled”, spiega Scholl.
“Alla fine si verifica un errore che interrompe l’intero stato quantistico. Questi stati entangled possono essere pensati come cesti pieni di mele, dove gli atomi sono le mele. Con il tempo, alcune mele inizieranno a marcire e, se queste mele non vengono rimosse dal cestino e sostituite con altre fresche, tutte le mele diventeranno rapidamente marce. Non è chiaro come prevenire completamente il verificarsi di questi errori, quindi l’unica opzione praticabile al giorno d’oggi è rilevarli e correggerli”.
Il nuovo sistema di rilevamento degli errori è progettato in modo tale che gli atomi errati emettono fluorescenza o si illuminano quando vengono colpiti da un laser. “Abbiamo immagini degli atomi luminosi che ci dicono dove sono gli errori, quindi possiamo escluderli dalle statistiche finali o applicare ulteriori impulsi laser per correggerli attivamente”, afferma Scholl.
Manuel Endres. Credito immagine: Caltech
Jeff Thompson, professore di ingegneria elettrica e informatica all’Università di Princeton, e i suoi colleghi hanno sviluppato la teoria per implementare il rilevamento delle cancellazioni nei sistemi atomici neutri. Quella squadra ha anche recentemente riferito di aver dimostrato la tecnica Natura.
Rimuovendo e localizzando gli errori nel loro sistema atomico Rydberg, il team del Caltech afferma di poter migliorare il tasso complessivo di entanglement, o fedeltà. Nel nuovo studio, il team riferisce che solo una coppia di atomi su 1.000 non è riuscita a rimanere intrappolata. Si tratta di un miglioramento di un fattore 10 rispetto a quanto ottenuto in precedenza ed è il tasso di entanglement più alto mai osservato in questo tipo di sistema.
In definitiva, questi risultati sono di buon auspicio per le piattaforme di calcolo quantistico che utilizzano array di atomi neutri Rydberg. “Gli atomi neutri sono il tipo di computer quantistico più scalabile, ma fino ad ora non avevano un’elevata fedeltà di entanglement”, afferma Shaw.
Scritto da Whitney Clavin
Fonte: Caltech
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
