Uno dei grandi problemi rimasti finora aperti nell’ambito degli sforzi volti ad abilitare la capacità di utilizzo dei calcolatori quantistici, ovvero il deterioramento a cui è soggetta l’informazione di cui sono portatori i qubit fisici potrebbe finalmente aver trovato una soluzione. Un recente articolo apparso sulla rivista Nature, nato da una collaborazione guidata dall’Università di Harvard, con l’azienda QuEra Computing, il Massachusetts Institute of Technology (MIT) e il National Institute of Standards and Technology (NIST)/University of Maryland, descrive l’esecuzione con successo di algoritmi su larga scala per mezzo di un computer quantistico ad atomi neutri dotato di 48 qubit logici. Tali qubit logici, realizzati mettendo in correlazione centinaia di qubit fisici, hanno consentito di correggere gli errori causati dal deterioramento dell’informazione causato dall’interazione tra gli stessi qubit e il rumore dovuto all’ambiente esterno. Il risultato rappresenta un importante passo verso lo sviluppo di computer quantistici scalabili in grado di correggere l’insorgenza di errori, dispositivi che potrebbero consentire di affrontare problemi o svolgere simulazioni non alla portata dei calcolatori classici. Un progresso di cui si potranno avvantaggiare anche i gruppi di ricerca che compongono lo Spoke 10 ‘Quantum Computing’ di ICSC – Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing.
L’approccio utilizzato dagli autori dello studio per rendere la computazione quantistica più stabile sfrutta il fenomeno dell’entanglement per mettere in correlazione gruppi di qubit fisici con l’obiettivo di realizzare qubit logici, i quali possiedono un maggiore livello di tolleranza agli errori. I qubit logici, grazie all’entanglement, immagazzinano infatti in maniera ridondante la stessa informazione. In questo modo, anche se un qubit fisico viene influenzato dal rumore ambientale, gli altri qubit possono garantire la continuità e l’affidabilità del calcolo consentendo l’individuazione e la correzione dell’errore.
Nonostante i vantaggi derivanti dall’utilizzo dei qubit logici, gli esperimenti rivolti a confermare la validità di questa strategia per la riduzione degli errori nel calcolo quantistico erano stati fino a oggi in grado di realizzare e utilizzare al massimo 3 qubit logici. L’esperimento presentato su Nature rappresenta un primato anche perché i 48 qubit logici di base sono stati posti a loro volta in correlazione tra loro mediante centinaia di operazioni logiche, che hanno agito sui 280 qubit fisici dell’avanzato computer quantistico. Tra le innovative soluzioni adottate che hanno reso possibile l’implementazione degli algoritmi, nel breve periodo disponibili anche nei computer quantistici di QuEra, significativi sono stati i metodi di controllo ottimale delle operazioni logiche fondamentali, metodi esplorati da oltre dieci anni congiuntamente dai gruppi di ricerca di Misha Lukin dell’Università di Harvard e di Simone Montangero, co-leader dello Spoke 10 di ICSC e direttore del Centro di Calcolo e Simulazioni Quantistiche dell’Università di Padova.
“I risultati appena pubblicati mostrano come lo sviluppo dei computer quantistici stia procedendo ad un passo inaspettato, in questo caso anticipando quello che la parte più ottimista della comunità scientifica si aspettava di vedere non prima di qualche anno. In particolare, la tecnologia appena dimostrata in laboratorio apre alla possibilità di applicazioni di ricerca scientifica e industriali sul brevissimo termine”, commenta Montangero.
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