La corsa per costruire computer quantistici sempre più grandi si sta scaldando, con diverse tecnologie in competizione per un ruolo nei dispositivi futuri. Ogni potenziale piattaforma ha punti di forza e di debolezza, ma poco è stato fatto per confrontare direttamente le prestazioni dei primi prototipi. Ora, i ricercatori del JQI hanno eseguito un test di riferimento unico nel suo genere su due piccoli computer quantistici costruiti con tecnologie diverse.

Il gruppo, lavorando con JQI Fellow Christopher Monroe e guidato dal ricercatore post-dottorato Norbert Linke, misurato il proprio computer quantistico su piccola scala rispetto a un dispositivo costruito da IBM. Entrambe le macchine utilizzano cinque qubit, le unità di informazione fondamentali in un computer quantistico, ed entrambe le macchine hanno tassi di errore simili. Ma mentre il dispositivo JQI si basa su catene di ioni atomici intrappolati, IBM Q utilizza regioni accoppiate di materiale superconduttore.

Per fare il loro confronto, il team JQI ha eseguito diversi programmi quantistici sui dispositivi, ognuno dei quali risolveva un semplice problema utilizzando una serie di porte logiche per manipolare uno o due qubit alla volta. I ricercatori hanno avuto accesso al dispositivo IBM utilizzando un'interfaccia online, che consente a chiunque di cimentarsi nella programmazione di IBM Q.

Entrambi i computer hanno punti di forza e di debolezza. Per esempio, la piattaforma superconduttiva ha gate più rapidi e potrebbe essere più facile da produrre in serie, ma i suoi qubit artificiali sono tutti leggermente diversi e hanno una vita più breve. Monroe dice che le porte più lente degli ioni potrebbero non essere un grosso ostacolo, anche se. "Perché c'è tempo, " Dice Monroe. "La durata dei qubit di ioni intrappolati è molto più lunga di qualsiasi altro tipo di qubit. Inoltre, i qubit ionici sono identici, e possono essere replicati meglio senza errori."

Quando messo alla prova, i ricercatori hanno scoperto che il modulo a ioni intrappolati era più accurato per i programmi che coinvolgevano molte coppie di qubit. Linke e Monroe attribuiscono questo al semplice fatto che ogni qubit nel loro dispositivo è connesso tra loro, il che significa che una porta logica può connettere qualsiasi coppia di qubit. IBM Q ha meno della metà delle connessioni della sua controparte JQI, e per eseguire alcuni programmi doveva mischiare le informazioni tra i qubit, un passaggio che introduceva errori nel calcolo. Quando questo rimescolamento non era necessario, i due computer avevano prestazioni simili. "Mentre costruiamo sistemi più grandi, la connettività tra i qubit diventerà ancora più importante, "dice Monro.

Il nuovo studio, che è stato recentemente pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , fornisce un importante punto di riferimento per i ricercatori che studiano l'informatica quantistica. E tali confronti diretti diventeranno sempre più importanti in futuro. "Se vuoi comprare un computer quantistico, dovrai sapere qual è il migliore per la tua applicazione, " dice Linke. "Avrai bisogno di testarli in qualche modo, e questo è il primo di questo tipo di confronto."