Un nuovo programma per computer che rileva quando le informazioni in un computer quantistico sfuggono a stati indesiderati offrirà agli utenti di questa promettente tecnologia la possibilità di verificarne l'affidabilità senza alcuna conoscenza tecnica per la prima volta.

I ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick hanno sviluppato un programma per computer quantistico per rilevare la presenza di "perdite", dove le informazioni elaborate da un computer quantistico sfugge agli stati di 0 e 1.

Il loro metodo è presentato in un articolo pubblicato oggi (19 marzo) sulla rivista Revisione fisica A , e include dati sperimentali dalla sua applicazione su una macchina accessibile al pubblico, che mostra che gli stati indesiderabili influenzano determinati calcoli.

L'informatica quantistica sfrutta le proprietà insolite della fisica quantistica per elaborare le informazioni in un modo completamente diverso dai computer convenzionali. Sfruttando il comportamento dei sistemi quantistici, come esistere in più stati diversi allo stesso tempo, questa forma radicale di elaborazione è progettata per elaborare i dati in tutti questi stati contemporaneamente, dandogli un enorme vantaggio rispetto ai computer convenzionali.

Nell'informatica convenzionale, i computer quantistici utilizzano combinazioni di 0 e 1 per codificare le informazioni, ma i computer quantistici possono sfruttare stati quantistici che sono sia 0 che 1 allo stesso tempo. Però, l'hardware che codifica tali informazioni può talvolta codificarle in modo errato in un altro stato, un problema noto come "perdita". Anche una minuscola perdita che si accumula su molti milioni di componenti hardware può causare errori di calcolo ed errori potenzialmente gravi, annullando qualsiasi vantaggio quantistico rispetto ai computer convenzionali. Come parte di una serie di errori molto più ampia, Le perdite stanno facendo la loro parte nell'impedire che i computer quantistici vengano convertiti in applicazioni commerciali e industriali.

Armati della conoscenza di quanta perdita quantistica si sta verificando, gli ingegneri informatici saranno maggiormente in grado di costruire sistemi che lo mitigano e i programmatori possono sviluppare nuove tecniche di correzione degli errori per tenerne conto.

Dottor Animesh Datta, Professore Associato di Fisica, ha dichiarato:"L'interesse commerciale per l'informatica quantistica sta crescendo, quindi volevamo chiederci come possiamo dire con certezza che queste macchine stanno facendo ciò che dovrebbero fare.

"I computer quantistici sono idealmente fatti di qubit, ma come si scopre nei dispositivi reali alcune volte non sono affatto qubit, ma in realtà sono qutrit (tre stati) o ququart (quattro stati). Un tale problema può danneggiare ogni passaggio successivo dell'operazione di elaborazione.

"La maggior parte delle piattaforme hardware di calcolo quantistico soffre di questo problema, anche le unità di computer convenzionali subiscono perdite magnetiche, Per esempio. Abbiamo bisogno di ingegneri informatici quantistici per ridurre il più possibile le perdite attraverso la progettazione, ma dobbiamo anche consentire agli utenti di computer quantistici di eseguire semplici test diagnostici per esso.

"Se i computer quantistici devono entrare nell'uso comune, è importante che un utente che non ha idea di come funzioni un computer quantistico possa verificare che funzioni correttamente senza richiedere conoscenze tecniche, o se stanno accedendo a quel computer da remoto."

I ricercatori hanno applicato il loro metodo utilizzando i dispositivi quantistici IBM Q Experience, tramite il servizio cloud pubblicamente accessibile di IBM. Hanno usato una tecnica chiamata controllo dimensionale:applicando ripetutamente la stessa operazione sulla piattaforma IBM Q, hanno ottenuto un set di dati di risultati che non potevano essere spiegati da un singolo bit quantistico, e solo da un più complicato, sistema quantistico di dimensioni superiori. Hanno calcolato che la probabilità di questa conclusione derivante dal semplice caso è inferiore allo 0,05%.

Mentre i computer convenzionali utilizzano cifre binarie, o 0 e 1, per codificare le informazioni nei transistor, I computer quantistici utilizzano particelle subatomiche o circuiti superconduttori noti come transmoni per codificare tali informazioni come qubit. Ciò significa che è in una sovrapposizione di 0 e 1 allo stesso tempo, consentendo agli utenti di eseguire calcoli su diverse sequenze degli stessi qubit contemporaneamente. All'aumentare del numero di qubit, anche il numero di processi aumenta in modo esponenziale. Alcuni tipi di problemi, come quelli che si trovano nella decifrazione del codice (che si basa sulla fattorizzazione di grandi numeri interi) e nella chimica (come la simulazione di molecole complicate), sono particolarmente adatti a sfruttare questa proprietà.

I transmoni (e altri hardware per computer quantistici) possono esistere in un numero enorme di stati:0, 1, 2, 3, 4 e così via. Un computer quantistico ideale usa solo gli stati 0 e 1, così come le sovrapposizioni di questi, altrimenti emergeranno errori nel calcolo quantistico.

Dr. George ginocchio, il cui lavoro è stato finanziato da una borsa di studio della Royal Commission for the Exhibition del 1851, ha detto:"E 'piuttosto essere in grado di trarre questa conclusione a una distanza di diverse migliaia di miglia, con accesso molto limitato al chip IBM stesso. Sebbene il nostro programma abbia utilizzato solo le istruzioni consentite "single qubit", l'approccio del testimone dimensionale è stato in grado di mostrare che si stava accedendo a stati indesiderati nei componenti del circuito transmon. Vedo questo come una vittoria per qualsiasi utente che voglia indagare sulle proprietà pubblicizzate di una macchina quantistica senza la necessità di fare riferimento a dettagli specifici dell'hardware".