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Computer quantistici: il qubit logico per la correzione degli errori

Dall'Università del Maryland nuovi passi in avanti sulla correzione degli errori nei computer quantistici attraverso il qubit logico.

Categorie Fisica · Tecnologia

Che anche i computer possano commettere errori non è una novità. Tuttavia, i famosi bug di cui si sente spesso parlare sono errori che accadono a causa di un’errata scrittura del codice sorgente di un programma, imputabile al programmatore. Nel caso dei computer quantistici la situazione è ben diversa, e gli errori non sono affatto un fenomeno raro. I bit quantici, o qubit, che compongono le macchine quantistiche sono notoriamente soggetti a errori, ma ora pare che gli scienziati abbiano dimostrato di essere finalmente in grado di risolvere tali problemi.

Uno studio che combina più qubit per crearne uno migliorato

I computer che sfruttano le regole della meccanica quantistica sono promettenti per eseguire calcoli ben oltre la portata dei computer standard. Ma senza un meccanismo che consenta di correggere gli errori dei computer, le risposte fornite da un computer quantistico potrebbero essere incomprensibili. Secondo un recente studio pubblicato su Nature, una soluzione potrebbe consistere nel combinare la potenza di più qubit in uno. Gli scienziati dell’Università del Maryland hanno utilizzato nove qubit per creare un singolo qubit migliorato chiamato qubit logico. Il motivo alla base di tale scelta è che, a differenza dei singoli qubit di cui è composto, questo può essere analizzato per verificare la presenza di errori.

Questa è una dimostrazione chiave sul percorso per costruire un computer quantistico su larga scala. Tuttavia, questo percorso rimane ancora lungo. Per eseguire calcoli complessi, gli scienziati dovranno aumentare drasticamente il numero di qubit nelle macchine. Ma ora che gli scienziati hanno dimostrato di poter tenere sotto controllo gli errori non c’è nulla che ci impedisca di costruire un computer quantistico effettivamente utile.

Wilfred Hensinger, fisico quantistico dell’Università del Sussex
Fotografia di un computer quantistico. Credits: IBM

La tolleranza ai guasti nei computer quantistici futuri

In un qubit logico le informazioni vengono archiviate in modo ridondante così da consentire ai ricercatori di controllare e correggere gli errori nei dati. I futuri computer quantistici potrebbero quindi eseguire calcoli utilizzando qubit logici al posto dei qubit originali e difettosi, controllando e correggendo eventuali errori che tendono a verificarsi ripetutamente.

Nel nuovo studio, quattro qubit ausiliari aggiuntivi sono stati interfacciati con il qubit logico al fine di identificare gli errori nei suoi dati. Per crearlo, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata codice Bacon-Shor, applicata a qubit fatti di ioni di itterbio che si libravano sopra un chip intrappolatore di ioni all’interno di un vuoto. I ricercatori hanno inoltre progettato sequenze di operazioni che impediscono agli errori di moltiplicarsi in modo incontrollabile: la cosiddetta “tolleranza ai guasti”.

Qubit logico e correzione degli errori: prospettive future

I risultati riportati dimostrano un tasso di errore per il nuovo qubit logico inferiore a quello dei singoli qubit difettosi che lo componevano. Tuttavia, il team non ha completato l’intero processo previsto per la correzione degli errori. Infatti, mentre il computer rilevava gli errori sorti, i ricercatori non hanno corretto in tempo reale gli errori, proseguendo piuttosto coi calcoli. La correzione degli errori è dunque avvenuta solo al termine delle operazioni di calcolo. In un futuro esempio completo, gli scienziati dovranno correggere gli errori al volo, non appena rilevati.

Dimostrare la correzione degli errori quantistici è una necessità per costruire computer quantistici utili. Il progressivo avvicinarsi di questi computer all’utilità pratica permette alle aziende di investire sempre di più su queste tecnologie. Aziende tecnologiche come IBM, Google e Intel su tutte, stanno facendo grandi sforzi sul calcolo quantistico. E il nuovo risultato, che suggerisce che la correzione degli errori quantistici è veramente vicina, non fa altro che premiare tali sforzi e aggiungere un ulteriore passo verso la rivoluzione quantistica.