Uno studio condotto da fisici della Swansea University in Galles, realizzato da un team internazionale di ricercatori e pubblicato sulla rivista Revisione fisica X mostra che le tecnologie di trappola ionica oggi disponibili sono adatte per costruire computer quantistici su larga scala. Gli scienziati introducono protocolli di correzione degli errori quantistici con ioni intrappolati che rilevano e correggono gli errori di elaborazione.

Per raggiungere il loro pieno potenziale, i prototipi di computer quantistici odierni devono soddisfare criteri specifici:primo, devono essere ingranditi, il che significa che devono essere costituiti da un numero considerevolmente maggiore di bit quantistici. Secondo, devono essere in grado di elaborare gli errori. "Ancora non riusciamo a eseguire calcoli complessi perché il rumore ambientale e gli errori fanno perdere il controllo al sistema, ", afferma il fisico quantistico Rainer Blatt a Innsbruck. "Utilizzando la correzione degli errori quantistici, possiamo rispondere meglio a questa sfida." I computer classici utilizzano schemi simili per rilevare e correggere gli errori durante l'archiviazione e il trasferimento dei dati:prima che i dati vengano archiviati e trasferiti, la ridondanza viene aggiunta ai dati solitamente sotto forma di bit aggiuntivi che rilevano e correggono gli errori. Gli scienziati hanno sviluppato schemi comparabili per computer quantistici, dove le informazioni quantistiche sono codificate in diversi bit quantistici fisici entangled. "Qui sfruttiamo le proprietà della meccanica quantistica per il rilevamento e la correzione degli errori, " spiega Markus Müller della Swansea University, Galles. "Se riusciamo a mantenere il rumore al di sotto di una certa soglia, saremo in grado di costruire computer quantistici in grado di eseguire calcoli quantistici di complessità arbitraria aumentando di conseguenza il numero di bit quantistici entangled".

Intrappolare gli ioni in un labirinto

Markus Müller e il suo collega Alejandro Bermudez Carballo spiegano che per raggiungere questo obiettivo, le capacità delle piattaforme tecnologiche devono essere sfruttate in modo ottimale. "Per una correzione degli errori vantaggiosa abbiamo bisogno di circuiti quantistici che siano stabili e funzionino in modo affidabile in condizioni realistiche anche se si verificano errori aggiuntivi durante la correzione degli errori, " spiega Bermudez. Hanno introdotto nuove varianti di protocolli tolleranti ai guasti e studiato come questi possono essere implementati con le operazioni attualmente disponibili sui computer quantistici. I ricercatori hanno scoperto che una nuova generazione di trappole ioniche segmentate offre le condizioni ideali per il processo:gli ioni possono essere trasportati rapidamente attraverso diversi segmenti dell'array trap. Processi a tempo preciso consentono operazioni parallele in diverse regioni di memorizzazione e elaborazione. Utilizzando due diversi tipi di ioni in una trappola, gli scienziati possono utilizzare un tipo come vettori dei qubit di dati mentre l'altro può essere utilizzato per la misurazione degli errori, soppressione del rumore e raffreddamento.

Una nuova generazione di computer quantistici

Basandosi sull'esperienza sperimentale dei gruppi di ricerca di Innsbruck, Magonza, Zurigo e Sydney i ricercatori hanno definito i criteri che consentiranno agli scienziati di determinare se la correzione dell'errore quantistico è vantaggiosa. Utilizzando queste informazioni possono guidare lo sviluppo di futuri computer quantistici a trappola ionica con l'obiettivo di realizzare un bit quantistico logico nel prossimo futuro che, dovuto alla correzione degli errori, supera le proprietà di un puro bit quantistico fisico.

Il gruppo di ricerca di Simon Benjamin presso l'Università di Oxford ha mostrato attraverso complesse simulazioni numeriche dei nuovi protocolli di correzione degli errori come l'hardware dei computer quantistici a trappola ionica di prossima generazione deve essere costruito per essere in grado di elaborare le informazioni in modo tollerante ai guasti. "I nostri risultati numerici mostrano chiaramente che le tecnologie di trappola ionica all'avanguardia sono adatte a fungere da piattaforme per la costruzione di computer quantistici tolleranti ai guasti su larga scala, " spiega Beniamino.