Un team di ricercatori australiani e britannici ha sviluppato un nuovo quadro teorico per identificare i calcoli che occupano la "frontiera quantistica", il confine in corrispondenza del quale i problemi diventano impossibili per i computer di oggi e possono essere risolti solo da un computer quantistico. È importante sottolineare che dimostrano che questi calcoli possono essere eseguiti a breve termine, intermedio, computer quantistici.

"Fino a poco tempo fa è stato difficile dire con certezza quando i computer quantistici possono superare i computer classici, " ha detto il professor Michael Bremner, Capo ricercatore presso il Center for Quantum Computation and Communication Technology e membro fondatore dell'UTS Center for Quantum Software and Information (UTS:QSI).

"La grande sfida per i teorici della complessità quantistica nell'ultimo decennio è stata quella di trovare prove più forti dell'esistenza della frontiera quantistica, e poi per identificare dove vive. Ora stiamo ottenendo un senso di questo, e cominciando a capire le risorse necessarie per attraversare la frontiera per risolvere problemi che i computer di oggi non possono."

Il team ha identificato i calcoli quantistici che richiedono le risorse fisiche meno conosciute necessarie per andare oltre le capacità dei computer classici, significativo a causa delle sfide tecnologiche associate all'espansione dei computer quantistici.

Il prof. Bremner ha affermato che il risultato indica anche che potrebbe non essere necessaria la piena tolleranza ai guasti per superare i computer classici. "Ad oggi, è stato ampiamente accettato che la correzione degli errori sarebbe una componente necessaria dei futuri computer quantistici, ma nessuno è ancora stato in grado di raggiungere questo obiettivo su una scala significativa, ", ha detto Bremner.

"Il nostro lavoro mostra che mentre è necessario un certo livello di mitigazione degli errori per attraversare la frontiera quantistica, potremmo essere in grado di superare i computer classici senza l'ulteriore complessità di progettazione della piena tolleranza ai guasti, " Egli ha detto.

La dottoressa Ashley Montanaro dell'Università di Bristol ha collaborato con Bremner per sviluppare la struttura.

"Siamo partiti con l'obiettivo di definire le risorse minime necessarie per costruire un computer quantistico post-classico, ma poi abbiamo scoperto che il nostro modello poteva essere simulato classicamente con una piccola quantità di rumore, o imperfezione fisica, " disse Montanaro.

"La speranza tra gli scienziati è sempre stata che se la quantità di rumore in un sistema quantistico fosse abbastanza piccola, sarebbe comunque superiore a un computer classico, tuttavia ora abbiamo dimostrato che probabilmente non è così, almeno per questa particolare classe di calcoli, " Egli ha detto.

"Ci siamo poi resi conto che è possibile utilizzare una codifica classica su un circuito quantistico per superare il "rumore" in un modo molto più semplice per mitigare questi errori. L'efficacia di questo approccio è stata sorprendente. Ciò che suggerisce è che potremmo usare tali strutture sviluppare nuovi algoritmi quantistici in un modo che possa evitare direttamente certi tipi di errori".

"Questo è un risultato che potrebbe portare a computer quantistici 'intermedi' utili nel medio termine, mentre continuiamo a perseguire l'obiettivo di un computer quantistico universale su vasta scala".