Un team di scienziati, guidato dal professor Winfried Hensenger dell'Università del Sussex, hanno compiuto un importante passo avanti riguardo a uno dei maggiori problemi che affliggono l'informatica quantistica:come ridurre gli effetti dirompenti del "rumore" ambientale sulla funzione altamente sensibile di un computer quantistico su larga scala.

Nel mondo reale, gli sviluppi tecnologici devono operare in condizioni imperfette; ciò che può essere testato con successo in un laboratorio altamente controllato può fallire se presentato con fattori ambientali realistici, come le fluttuazioni di tensione di un componente elettronico o i campi elettromagnetici vaganti emessi dalle apparecchiature elettroniche di uso quotidiano.

Lo Ion Quantum Technology Group dell'Università del Sussex è riuscito a ridurre drasticamente gli effetti di tale "rumore" ambientale che colpisce i computer quantistici a ioni intrappolati, riportando le loro scoperte in un articolo che ha oggi, giovedì 1 novembre 2018, stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Lettere di revisione fisica . Significa che il team è un passo avanti verso la costruzione di un computer quantistico su larga scala con la capacità di risolvere problemi complessi del mondo reale.

I computer quantistici su piccola scala attualmente esistenti contengono solo una manciata di bit quantistici, componenti di computer quantistici che memorizzano informazioni e possono esistere in più stati, detti anche qubit. Come tale, gli attuali computer quantistici sono abbastanza piccoli da poter essere utilizzati in un ambiente altamente controllato all'interno di un laboratorio specializzato. Però, tali macchine non hanno la potenza di elaborazione necessaria per risolvere problemi complessi a causa del numero limitato di qubit.

Quando costruito, i computer quantistici su larga scala saranno in grado di risolvere alcuni problemi che richiederebbero miliardi di anni anche ai super computer più veloci. Per creare un computer quantistico in grado di risolvere tali problemi, gli scienziati dovranno aumentare il numero di qubit, che a sua volta aumenterà le dimensioni del computer quantistico. Il problema è che più qubit vengono aggiunti, più diventa difficile isolare il computer da qualsiasi "rumore" realistico che possa interrompere i processi di elaborazione.

Il team di fisici dell'Università del Sussex di Hensenger ha realizzato una svolta nell'informatica quantistica in grado di mitigare alcuni di questi problemi. Hanno collaborato con lo scienziato teorico Dr. Florian Minert e colleghi dell'Imperial College di Londra, che ha proposto una teoria su come si potrebbe essere in grado di risolvere questo problema manipolando gli strani effetti quantistici in uso all'interno di un computer quantistico. La teoria consente, sfruttando le strane proprietà della fisica quantistica, l'esecuzione di calcoli quantistici in modo tale che i cambiamenti nei parametri operativi iniziali della macchina non portino a un cambiamento sostanziale nel risultato finale del calcolo. Questo a sua volta aiuta a isolare il computer quantistico dagli effetti del "rumore" ambientale.

Dott. Sebastian Weidt, scienziato senior del Sussex Ion Quantum Technology Group, spiega il significato:"La realizzazione di questa tecnica può avere un profondo impatto sulla capacità di sviluppare computer quantistici commerciali a trappola ionica oltre l'uso in un laboratorio accademico".

Il team del Sussex si è messo al lavoro per vedere se potevano effettivamente implementare questa teoria. Hanno usato complicati segnali a radiofrequenza e microonde in grado di manipolare gli effetti quantistici inerenti ai singoli atomi carichi (ioni), dimostrarlo in esperimenti pratici. La loro implementazione si basa sulla tecnologia a microonde, come quello presente nei telefoni cellulari. Dopo mesi di intenso lavoro in laboratorio, gli scienziati del Sussex sono riusciti a realizzare questo nuovo metodo, dimostrando sperimentalmente le sue capacità di ridurre sostanzialmente l'effetto del "rumore" su un computer quantistico a ioni intrappolati.

Professor Hensenger, Il capo dello Ion Quantum Technology Group presso l'Università del Sussex, che l'anno scorso ha presentato il primo progetto per un computer quantistico su larga scala, afferma:"Con questo progresso abbiamo fatto un altro passo pratico verso la costruzione di computer quantistici in grado di ospitare milioni di qubit. Tali macchine sono in grado di risolvere certi problemi che anche il supercomputer più veloce potrebbe impiegare miliardi di anni per essere calcolati e di grande beneficio per l'umanità; possono essere in grado di aiutarci a creare nuovi farmaci; trovare nuove cure per le malattie, come la demenza; creare potenti strumenti per il settore finanziario; giovare all'agricoltura, attraverso una produzione di fertilizzanti più efficiente, tra molte altre applicazioni. Stiamo solo iniziando a capire l'enorme potenziale di queste macchine".

Il gruppo di Hensenger sta ora utilizzando questa nuova tecnica per dare gli ultimi ritocchi a un potente prototipo di computer quantistico che è attualmente nel loro laboratorio presso l'Università del Sussex.

Hensenger afferma:"Ora è il momento di tradurre i risultati accademici nella costruzione di macchine pratiche. Siamo in una posizione fantastica per farlo al Sussex e il mio team sta lavorando 24 ore su 24 per rendere l'informatica quantistica su larga scala una realtà futura".