I fisici di Yale hanno sviluppato un gatto che corregge gli errori, un nuovo dispositivo che combina il concetto di sovrapposizione del gatto di Schrödinger (un sistema fisico esistente in due stati contemporaneamente) con la capacità di correggere alcuni degli errori più complicati in un calcolo quantistico.

È l'ultima svolta di Yale nello sforzo di padroneggiare e manipolare la fisica necessaria per un computer quantistico utile:correggere il flusso di errori che emergono tra fragili frammenti di informazioni quantistiche, chiamati qubit, durante l'esecuzione di un compito.

Un nuovo studio che riporta la scoperta appare sulla rivista Natura . L'autore senior è Michel Devoret, F.W. Beinecke Professor di Fisica Applicata e Fisica di Yale. I co-primi autori dello studio sono Alexander Grimm, un ex associato post-dottorato nel laboratorio di Devoret che ora è uno scienziato di ruolo presso l'Istituto Paul Scherrer in Svizzera, e Nicola Frattini, uno studente laureato nel laboratorio di Devoret.

I computer quantistici hanno il potenziale per trasformare una serie di industrie, dai prodotti farmaceutici ai servizi finanziari, consentendo calcoli che sono ordini di grandezza più veloci dei supercomputer di oggi.

Yale, guidata da Devoret, Robert Schoelkopf, e Steven Girvin, continua a costruire su due decenni di ricerca quantistica rivoluzionaria. L'approccio di Yale alla costruzione di un computer quantistico è chiamato "circuito QED" e impiega particelle di luce a microonde (fotoni) in un risonatore a microonde superconduttore.

In un computer tradizionale, le informazioni sono codificate come 0 o 1. Gli unici errori che emergono durante i calcoli sono "lanci di bit, " quando un bit di informazione passa accidentalmente da 0 a 1 o viceversa. Il modo per correggerlo è creare ridondanza:utilizzare tre bit di informazione "fisici" per garantire un bit "efficace" o accurato.

In contrasto, i bit di informazione quantistica—qubit—sono soggetti sia a capovolgimenti di bit che a capovolgimenti di fase, " in cui un qubit si capovolge casualmente tra le sovrapposizioni quantistiche (quando esistono due stati opposti contemporaneamente).

Fino ad ora, i ricercatori quantistici hanno cercato di correggere gli errori aggiungendo maggiore ridondanza, richiedendo un'abbondanza di qubit fisici per ogni qubit effettivo.

Inserisci il qubit del gatto, che prende il nome dal gatto di Schrödinger, il famoso paradosso utilizzato per illustrare il concetto di sovrapposizione.

L'idea è che un gatto venga posto in una scatola sigillata con una fonte radioattiva e un veleno che verrà attivato se un atomo della sostanza radioattiva decade. La teoria della sovrapposizione della fisica quantistica suggerisce che finché qualcuno non apre la scatola, il gatto è vivo e morto, una sovrapposizione di stati. Aprire la scatola per osservare il gatto fa sì che cambi bruscamente il suo stato quantico in modo casuale, costringendolo a essere vivo o morto.

"Il nostro lavoro scaturisce da una nuova idea. Perché non utilizzare un modo intelligente per codificare le informazioni in un unico sistema fisico in modo che un tipo di errore venga eliminato direttamente?" chiese Devoret.

A differenza dei molteplici qubit fisici necessari per mantenere un qubit efficace, un singolo qubit di gatto può prevenire da solo i capovolgimenti di fase. Il qubit gatto codifica un qubit effettivo in sovrapposizioni di due stati all'interno di un singolo circuito elettronico, in questo caso un risonatore a microonde superconduttore le cui oscillazioni corrispondono ai due stati del qubit gatto.

"Otteniamo tutto questo applicando segnali di frequenza a microonde a un dispositivo che non è significativamente più complicato di un tradizionale qubit superconduttore, " ha detto Grimm.

I ricercatori hanno affermato di essere in grado di cambiare il loro qubit di gatto da uno qualsiasi dei suoi stati di sovrapposizione a qualsiasi altro stato di sovrapposizione, a comando. Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo di leggere o identificare le informazioni codificate nel qubit.

"Questo rende il sistema che abbiamo sviluppato un nuovo elemento versatile che si spera troverà il suo uso in molti aspetti del calcolo quantistico con circuiti superconduttori, " Disse Devoret.