I fisici quantistici dell'Università del Sussex hanno creato un algoritmo che accelera la velocità dei calcoli nei primi computer quantistici attualmente in fase di sviluppo. Hanno creato un nuovo modo per instradare gli ioni, o atomi carichi, attorno al computer quantistico per aumentare l'efficienza dei calcoli.

Il team del Sussex ha mostrato come i calcoli in un computer quantistico di questo tipo possono essere eseguiti in modo più efficiente, utilizzando il loro nuovo 'algoritmo di routing'. Il loro articolo "Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer" è pubblicato sulla rivista Tecnologie quantistiche avanzate .

Il team che lavorava a questo progetto era guidato dal professor Winfried Hensenger e comprendeva Mark Webber, Dott. Steven Herbert e Dott. Sebastian Weidt. Gli scienziati hanno creato un nuovo algoritmo che regola il traffico all'interno del computer quantistico proprio come gestire il traffico in una città frenetica. Nel design a ioni intrappolati i qubit possono essere trasportati fisicamente su lunghe distanze, in modo che possano interagire facilmente con altri qubit. Il loro nuovo algoritmo significa che i dati possono fluire attraverso il computer quantistico senza "ingorghi stradali". Questo a sua volta dà origine a un computer quantistico più potente.

Ci si aspetta che i computer quantistici siano in grado di risolvere problemi troppo complessi per i computer classici. I computer quantistici utilizzano bit quantistici (qubit) per elaborare le informazioni in un modo nuovo e potente. La particolare architettura del computer quantistico che il team ha analizzato per prima è un computer quantistico a "ioni intrappolati", costituito da microchip di silicio con singoli atomi carichi, o ioni, levitando sopra la superficie del chip. Questi ioni vengono utilizzati per memorizzare dati, dove ogni ione contiene un bit quantico di informazione. L'esecuzione di calcoli su un computer quantistico di questo tipo comporta lo spostamento di ioni, simile a giocare a Pacman, e più velocemente ed efficientemente i dati (gli ioni) possono essere spostati, più potente sarà il computer quantistico.

Nella corsa globale per costruire un computer quantistico su larga scala ci sono due metodi principali, dispositivi "superconduttori" su cui si concentrano gruppi come IBM e Google, e dispositivi "a ioni intrappolati" utilizzati dal gruppo Ion Quantum Technology dell'Università del Sussex, e la nuova società Universal Quantum, tra gli altri.

I computer quantistici superconduttori hanno qubit stazionari che in genere sono in grado di interagire solo con qubit che si trovano immediatamente uno accanto all'altro. I calcoli che coinvolgono qubit distanti vengono effettuati comunicando attraverso una catena di qubit adiacenti, un processo simile al gioco del telefono (noto anche come 'Chinese Whispers'), dove le informazioni vengono sussurrate da una persona all'altra lungo una linea di persone. Come nel gioco del telefono, l'informazione tende a corrompersi tanto più quanto più lunga è la catena. Infatti, i ricercatori hanno scoperto che questo processo limiterà la potenza di calcolo dei computer quantistici superconduttori.

In contrasto, implementando il loro nuovo algoritmo di routing per la loro architettura di ioni intrappolati, gli scienziati del Sussex hanno scoperto che il loro approccio al calcolo quantistico può raggiungere un livello impressionante di potenza computazionale. "Quantum Volume" è un nuovo benchmark che viene utilizzato per confrontare la potenza di calcolo dei computer quantistici a breve termine. Sono stati in grado di utilizzare Quantum Volume per confrontare la loro architettura con un modello per qubit superconduttori, dove hanno assunto livelli di errore simili per entrambi gli approcci. Hanno scoperto che l'approccio degli ioni intrappolati ha funzionato costantemente meglio dell'approccio qubit superconduttore, perché il loro algoritmo di routing consente essenzialmente ai qubit di interagire direttamente con molti più qubit, che a sua volta dà luogo a una maggiore potenza di calcolo attesa.

Marco Webber, un ricercatore di dottorato nel Centro del Sussex per le tecnologie quantistiche, all'Università del Sussex, disse, "Ora possiamo prevedere la potenza di calcolo dei computer quantistici che stiamo costruendo. Il nostro studio indica un vantaggio fondamentale per i dispositivi a ioni intrappolati, e il nuovo algoritmo di routing ci consentirà di massimizzare le prestazioni dei primi computer quantistici".

Professor Hensenger, il direttore del Sussex Center for Quantum Technologies presso l'Università del Sussex ha commentato:"Infatti, questo lavoro è un altro trampolino di lancio verso la costruzione di computer quantistici pratici in grado di risolvere i problemi del mondo reale".

Il professor Winfried Hensenger e il dottor Sebastian Weidt hanno recentemente lanciato la loro società spin-out Universal Quantum, che mira a costruire il primo computer quantistico su larga scala al mondo. Ha attirato il sostegno di alcuni dei più potenti investitori tecnologici del mondo. Il team è stato il primo a pubblicare un progetto su come costruire un computer quantistico a ioni intrappolati su larga scala nel 2017.