Quantum computing concept. Processor of quantum computer. 3D rendered illustration.
Recentemente, un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature ha descritto un importante avanzamento nel campo della computazione quantistica. Questo progresso, ottenuto grazie alla collaborazione tra l’Università di Harvard, QuEra Computing, il Massachusetts Institute of Technology (MIT), e il National Institute of Standards and Technology (NIST)/University of Maryland, ha aperto nuove possibilità nell’uso dei computer quantistici: sono stati sviluppati dei qubit resistenti agli errori.
La computazione quantistica è un campo in rapida evoluzione che promette di rivoluzionare il modo in cui elaboriamo le informazioni. I qubit, o bit quantistici, sono l’unità fondamentale di informazione in un computer quantistico. A differenza dei bit tradizionali che possono essere 0 o 1, i qubit possono esistere in una sovrapposizione di stati, aumentando esponenzialmente la potenza di calcolo.
Al centro di questa ricerca vi è lo sviluppo di qubit logici, ottenuti mettendo in correlazione centinaia di qubit fisici. Questi qubit logici sono stati realizzati per correggere gli errori derivanti dall’interazione dei qubit fisici con il rumore ambientale, un problema noto nel campo. Il risultato è un computer quantistico ad atomi neutri con 48 qubit logici, capace di eseguire algoritmi complessi con maggiore stabilità.
Quindi, la tecnologia alla base di questo computer quantistico utilizza atomi neutri. A differenza degli ioni carichi, gli atomi neutri offrono vantaggi significativi in termini di stabilità e coerenza. Questa stabilità è cruciale per l’esecuzione di algoritmi complessi e per mantenere l’integrità dei dati durante i calcoli.
L’approccio utilizzato nel recente studio per migliorare la stabilità della computazione quantistica si basa sul famigerato fenomeno dell’entanglement quantistico. L’entanglement è un principio fondamentale della meccanica quantistica che permette a particelle come i qubit di essere interconnessi in modo tale che lo stato di una particella sia direttamente correlato allo stato di un’altra, indipendentemente dalla distanza che li separa.
In questo contesto, l’entanglement viene sfruttato per creare una rete di qubit fisici interconnessi. L’obiettivo è quello di formare qubit logici, che sono essenzialmente gruppi di qubit fisici interconnessi che lavorano come una singola unità. Questi qubit logici sono progettati per essere più resistenti agli errori rispetto ai singoli qubit fisici.
I qubit logici, grazie alla loro natura interconnessa attraverso l’entanglement, sono capaci di immagazzinare l’informazione in maniera ridondante. Ciò significa che la stessa informazione viene duplicata all’interno di più qubit fisici collegati. Questa ridondanza è fondamentale per la tolleranza agli errori: se uno dei qubit fisici subisce interferenze o “rumore” dall’ambiente esterno, compromettendo la sua affidabilità, gli altri qubit nel gruppo possono intervenire per garantire che l’informazione complessiva rimanga intatta.
In sostanza, questo sistema permette di identificare e correggere gli errori che si verificano a livello di singoli qubit, assicurando così una maggiore continuità e affidabilità nel processo di calcolo quantistico. Questa tecnica apre la strada a computer quantistici più stabili e affidabili, un passo cruciale per il loro utilizzo pratico in ambiti complessi come la ricerca scientifica e le applicazioni industriali.
Prima di questo studio, gli esperimenti in questo ambito erano riusciti a realizzare e utilizzare al massimo 3 qubit logici. Il nuovo approccio ha permesso di correlare 48 qubit logici di base attraverso centinaia di operazioni logiche, agendo su 280 qubit fisici. Ciò rappresenta un significativo salto in avanti rispetto ai precedenti tentativi nel campo.
Le innovative tecniche adottate, sviluppate da Misha Lukin dell’Università di Harvard e Simone Montangero, co-leader dello Spoke 10 di ICSC e direttore del Centro di Calcolo e Simulazioni Quantistiche dell’Università di Padova, hanno reso possibile l’implementazione di questa tecnologia. Questo sviluppo non solo promette di accelerare il progresso nella ricerca scientifica, ma apre anche la strada a potenziali applicazioni industriali a breve termine.
Simone Montangero, commentando i risultati, ha evidenziato come lo sviluppo dei computer quantistici stia procedendo più rapidamente di quanto ci si aspettasse, anticipando alcune previsioni ottimistiche della comunità scientifica. La tecnologia dimostrata in laboratorio indica una strada verso applicazioni scientifiche e industriali nel prossimo futuro, suggerendo un’era nuova e promettente per la computazione quantistica.