In un recente numero di Revisione fisica A , I ricercatori di Argonne hanno segnalato un nuovo metodo per alleviare gli effetti del "rumore" nei sistemi di informazione quantistica, una sfida che gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando per affrontare nella corsa verso una nuova era delle tecnologie quantistiche. Il nuovo metodo ha implicazioni per il futuro della scienza dell'informazione quantistica, compreso il calcolo quantistico e il rilevamento quantistico.

Molte attuali applicazioni di informazione quantistica, come l'esecuzione di un algoritmo su un computer quantistico, soffrono di "decoerenza", una perdita di informazioni dovuta a "rumore, " che è inerente all'hardware quantistico. Matthew Otten, una Maria Goeppert Mayer Fellow ad Argonne, e Stefano Gray, capogruppo di Teoria e Modellazione presso il Center for Nanoscale Materials, una struttura per gli utenti dell'Ufficio della scienza del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti, hanno sviluppato una nuova tecnica che recupera queste informazioni perse ripetendo il processo quantistico o sperimentando molte volte, con caratteristiche di rumore leggermente diverse, e poi analizzando i risultati.

Dopo aver raccolto i risultati eseguendo il processo molte volte in sequenza o in parallelo, i ricercatori costruiscono un'ipersuperficie in cui un asse rappresenta il risultato di una misurazione e gli altri due (o più) assi rappresentano diversi parametri di rumore. Questa ipersuperficie fornisce una stima dell'osservabile privo di rumore e fornisce informazioni sull'effetto di ciascun tasso di rumore.

"È come scattare una serie di fotografie imperfette, " disse Otten. "Ogni foto ha un difetto, ma in un punto diverso della foto. Quando raccogliamo insieme tutti i pezzi chiari delle foto imperfette, abbiamo un quadro chiaro".

L'applicazione di questa tecnica riduce efficacemente il rumore quantistico senza la necessità di hardware quantistico aggiuntivo.

"Questa è una tecnica versatile che può essere eseguita con sistemi quantistici separati che subiscono lo stesso processo contemporaneamente, " disse Otten.

"Si potrebbero creare diversi piccoli dispositivi quantistici e farli funzionare in parallelo, " disse Gray. "Usando il nostro metodo, si potrebbero combinare i risultati sull'ipersuperficie e generare osservabili approssimative prive di rumore. I risultati aiuterebbero a estendere l'utilità dei dispositivi quantistici prima che si manifesti la decoerenza".

"Abbiamo eseguito con successo una semplice dimostrazione del nostro metodo sul computer quantistico Rigetti 8Q-Agave, " ha detto Otten. "Questa classe di metodi vedrà probabilmente molto uso nei dispositivi quantistici a breve termine".

Il lavoro dei ricercatori sopra descritto appare in Revisione fisica A ed è intitolato "Recupero di osservabili quantistici privi di rumore".

Otten e Gray hanno anche sviluppato un processo simile e un po' meno complesso dal punto di vista computazionale per ottenere risultati di riduzione del rumore basati sulla correzione di un qubit alla volta per approssimare il risultato per tutti i qubit corretti contemporaneamente. un qubit, o bit quantistico, è l'equivalente nell'informatica quantistica alla cifra binaria o al bit utilizzato nell'informatica classica.

"In questo approccio, assumiamo che il rumore possa essere ridotto su ogni qubit individualmente, quale, mentre sperimentalmente impegnativo, porta a un problema di elaborazione dei dati molto più semplice e si traduce in una stima del risultato senza rumore, " ha osservato Otten.