Chiunque abbia provato a guidare un gruppo di turisti attraverso una città frenetica conosce il problema. Come tieni unito il gruppo quando sono costantemente spinti, trattenuto e distratto dal trambusto intorno a loro?
È un problema che i progettisti di computer quantistici devono affrontare. In alcuni futuri computer quantistici, le informazioni saranno codificate nei delicati stati quantistici di gruppi di particelle. Questi affrontano il rumore e il disordine all'interno dei materiali del processore. Ora, un team internazionale ha proposto uno schema che potrebbe aiutare a proteggere gruppi di particelle e consentire loro di muoversi insieme senza che si perdano o si trattengono.
La proposta, pubblicato il 17 novembre in Lettere di revisione fisica , proviene da ricercatori della National University of Singapore (NUS), Università Tecnica di Creta, Università di Oxford e Google. Il loro articolo propone uno schema in grado di trasportare in modo affidabile gli stati quantistici di pochi fotoni lungo una linea di circuiti quantistici in miniatura. Le simulazioni mostrano che dovrebbe spostare in modo efficiente uno stato a tre fotoni da un sito del circuito all'altro su dozzine di siti:le particelle saltano insieme e infine appaiono indisturbate all'altra estremità, senza spargersi.
Lo schema si basa sulle idee del fisico David J. Thouless, che ha vinto metà del Premio Nobel 2016 per la fisica per il suo lavoro sugli effetti topologici nei materiali. Gli effetti topologici hanno a che fare con la geometria, e il loro uso nell'informatica quantistica può aiutare a proteggere gli stati quantistici fragili durante l'elaborazione.
Uno dei maggiori contributi di Thouless fu l'invenzione del "pompaggio topologico". Funziona qualcosa come la pompa a vite di Archimede per l'acqua. La vite dell'antico greco gira, ma l'acqua al suo interno viaggia in linea retta su per una collina. "Anche se il moto della macchina è ciclico, il moto delle particelle non è, si muovono in fila, " spiega Jirawat Tangpanitanon, primo autore dell'articolo e studente di dottorato nel gruppo di Dimitris Angelakis presso il Center for Quantum Technologies (CQT) al NUS.
Nello schema quantistico, la filettatura della vite non è una struttura fisica ma un campo esterno oscillante imposto alle particelle dal controllo elettronico sul dispositivo che le contiene.
Angelakis ha iniziato il suo gruppo esaminando il pompaggio topologico dopo che altri nel 2015 hanno dimostrato l'effetto per l'individuo, non interagenti, particelle. Angelakis, Tangpanitanon e il ricercatore Victor Bastidas volevano scoprire se sarebbe stato possibile spostare anche gruppi di particelle in modo coerente.
La risposta è si. Cosa c'è di più, a differenza della pompa di Archimede, che può muovere l'acqua solo in una direzione, le particelle quantistiche possono anche essere inviate in retromarcia modificando le condizioni iniziali. "È come una passeggiata sulla luna, " scherza Tangpanitanon. Sembra che tutto dovrebbe andare avanti, ma invece le particelle arretrano per effetti quantistici.
Co-autore Pedram Roushan - parte del gruppo Google a Santa Barbara, La California sta costruendo circuiti superconduttori per l'informatica quantistica e il team spera di vedere l'idea implementata in hardware simile. "Questo documento è quasi un progetto. Abbiamo sviluppato la proposta per abbinare i dispositivi esistenti, "dice Angelakis, che è un ricercatore principale presso CQT e un membro di facoltà presso l'Università tecnica di Creta.
