Una collaborazione internazionale di fisici quantistici dell'Università di Bristol, Microsoft, Google, Collegio Imperiale, Istituto Max Planck, e la Sun Yat-sen University hanno introdotto un nuovo algoritmo per risolvere la struttura energetica dei sistemi quantistici sui computer quantistici.

Hanno testato questo algoritmo su un processore fotonico quantistico al silicio che esegue il calcolo utilizzando fotoni, le particelle elementari di luce.

La struttura energetica di un sistema quantistico è costituita da livelli energetici quantizzati, il livello energetico più basso è chiamato stato fondamentale, mentre i livelli energetici più alti sono chiamati stati eccitati.

In particolare, questo nuovo algoritmo è in grado di trovare gli stati eccitati in un modo che sembra non avere un analogo diretto su un computer classico, fornendo un nuovo modo di studiare la fisica e la chimica a livello microscopico.

Le proprietà chimiche e fisiche fondamentali dei sistemi possono essere caratterizzate trovando un particolare insieme di stati quantizzati chiamati autostati che contiene lo stato fondamentale del sistema (lo stato con energia minima) e gli stati eccitati (stati stazionari con energie più alte).

Autore Jarrod McClean, dal laboratorio di intelligenza artificiale quantistica di Google, ha dichiarato:"L'espansione del kit di strumenti per gli stati eccitati è fondamentale se vogliamo che i computer quantistici diano contributi significativi ad aree importanti come le celle solari e le batterie".

Si prevede che i grandi computer quantistici saranno in grado di simulare sistemi chimici complessi, un compito impossibile per i computer classici, aumentare le nostre conoscenze di fisica e chimica.

La ricerca, pubblicato oggi sulla rivista, Progressi scientifici , è stato guidato da ricercatori della School of Physics dell'Università di Bristol.

L'autore principale, il dott. Raffaele Santagati, ha dichiarato:"In questo lavoro forniamo un nuovo strumento per studiare le proprietà dei sistemi quantistici con i computer quantistici".

Questo obiettivo viene raggiunto introducendo un approccio alla simulazione quantistica basato sul nuovo concetto di "testimone autostato", una quantità che rileva se un dato stato quantistico è vicino a un autostato del sistema o meno.

Dottor Jianwei Wang, anche dall'Università di Bristol, ha aggiunto:"Abbiamo testato con successo il protocollo per un caso di prova del concetto in un chip fotonico quantistico di silicio, mostrando la sua applicabilità per simulare sistemi più complessi in dispositivi quantistici realistici a breve termine".

Poco dopo la manifestazione di Bristol, un altro approccio è stato dimostrato sperimentalmente dal dottor Jeremy Colless e dai colleghi dell'UCA di Berkeley, utilizzando qubit superconduttori.

I ricercatori prevedono che i risultati chiave di questo documento stimoleranno la ricerca verso miglioramenti nell'algoritmo proposto e la nascita di nuove applicazioni.

I computer quantistici avanzati sbloccheranno applicazioni potenti, e questo dovrebbe essere possibile nei prossimi decenni, quando saranno disponibili computer quantistici con circa 200 qubit.

Il dott. Santagati ha aggiunto:"Ulteriore sviluppo della fotonica quantistica integrata, realizzare dispositivi più complessi, renderà possibili simulatori quantistici fotonici più utili."