Un nuovo test per verificare se un computer quantistico fornisce risposte corrette a domande che esulano dall'ambito dell'informatica tradizionale potrebbe aiutare a realizzare il primo computer quantistico in grado di superare un computer classico.

Creando un protocollo che consente a un computer quantistico di verificare le proprie risposte a problemi difficili, gli scienziati dell'Università di Warwick hanno fornito un mezzo per confermare che un computer quantistico funziona correttamente senza un uso eccessivo di risorse.

Samuele Ferracin, Theodoros Kapourniotis e il Dr. Animesh Datta del Dipartimento di Fisica dell'Università hanno recentemente affrontato questo problema in un documento per il Nuovo Giornale di Fisica , pubblicato oggi.

I ricercatori hanno sviluppato un protocollo per quantificare gli effetti del rumore sugli output dei computer quantistici. Il rumore è definito come tutto ciò che influisce sull'hardware di una macchina quantistica ma è al di fuori del controllo dell'utente, come fluttuazioni di temperatura o difetti di fabbricazione. Ciò può influire sull'accuratezza dei risultati di un computer quantistico.

Quando applicato, il test dei ricercatori produce due percentuali:quanto stima che il computer quantistico sia vicino al risultato corretto e quanto un utente può essere sicuro di tale vicinanza.

Il test aiuterà i costruttori di computer quantistici a determinare se la loro macchina sta funzionando correttamente per aiutare a perfezionare le loro prestazioni, un passo fondamentale per stabilire l'utilità dell'informatica quantistica in futuro.

Il Dr. Animesh Datta del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick ha dichiarato:"Un computer quantistico è utile solo se fa due cose:primo, che risolve un problema difficile; il secondo, che credo sia meno apprezzato, è che risolve correttamente il problema difficile. Se lo risolve in modo errato, non avevamo modo di scoprirlo. Quindi ciò che il nostro documento fornisce è un modo per decidere quanto il risultato di un calcolo sia vicino all'essere corretto".

Determinare se un computer quantistico ha prodotto una risposta corretta a un problema difficile è una sfida significativa in quanto, per definizione, questi problemi esulano dall'ambito di un computer classico esistente. Verificare che la risposta che ha prodotto sia corretta in genere implica l'utilizzo di un gran numero di computer classici per affrontare il problema, qualcosa che non è possibile fare in quanto affrontano problemi sempre più impegnativi.

Anziché, i ricercatori hanno proposto un metodo alternativo che prevede l'utilizzo del computer quantistico per eseguire una serie di semplici calcoli di cui già conosciamo la risposta e stabilire l'accuratezza di tali risultati. Basato su questo, i ricercatori possono stabilire un limite statistico su quanto lontano può essere il computer quantistico dalla risposta corretta nel problema difficile a cui vogliamo che risponda, noto come calcolo del bersaglio.

È un processo simile a quello utilizzato dai programmatori di computer per controllare grandi programmi per computer, inserendo piccole funzioni con risposte note. Se il programma risponde correttamente a una quantità sufficiente di queste, possono essere sicuri che l'intero programma sia corretto.

Il Dr. Datta aggiunge:"Il punto centrale di avere un computer quantistico è non spendere una quantità esponenziale di tempo a risolvere problemi, quindi impiegare una quantità di tempo esponenziale per verificare se è corretto o meno ne vanifica il punto. Quindi il nostro metodo è efficiente in quanto non richiede una quantità esponenziale di risorse.

"Non abbiamo bisogno di un computer classico per controllare il nostro computer quantistico. Il nostro metodo è autonomo all'interno di un sistema quantistico che può essere utilizzato indipendentemente da server di grandi dimensioni".

L'autore principale Samuele Ferracin ha sviluppato modi per consentire agli scienziati che lavorano sui computer quantistici di incorporare il test nel loro lavoro. Ha detto:"Abbiamo passato gli ultimi anni a pensare a nuovi metodi per verificare le risposte dei computer quantistici e a proporli agli sperimentatori. I primi metodi si sono rivelati troppo impegnativi per i computer quantistici esistenti, che può implementare solo calcoli "piccoli" ed eseguire attività limitate. Con il nostro ultimo lavoro abbiamo sviluppato con successo un metodo che si adatta ai computer quantistici esistenti e comprende tutti i loro principali limiti. Ora stiamo collaborando con sperimentatori per capire come si comporta su una macchina reale".

L'informatica quantistica sfrutta le proprietà insolite della fisica quantistica per elaborare le informazioni in un modo completamente diverso dai computer convenzionali. Sfruttando il comportamento dei sistemi quantistici, come esistere in più stati diversi allo stesso tempo, questa forma radicale di elaborazione è progettata per elaborare i dati in tutti questi stati contemporaneamente, dandogli un enorme vantaggio rispetto all'informatica classica. Alcuni tipi di problemi, come quelli che si trovano nella decifrazione dei codici e nella chimica, sono particolarmente adatti a sfruttare questa proprietà.

Gli ultimi anni hanno visto progressi sperimentali senza precedenti. I più grandi computer quantistici raddoppiano di dimensioni ogni sei mesi e sembrano ora molto vicini a raggiungere la supremazia quantistica. La supremazia quantistica si riferisce a una pietra miliare nello sviluppo dei computer quantistici, dove un computer quantistico esegue prima una funzione che richiederebbe una quantità di tempo irragionevolmente grande utilizzando un computer classico.

Il Dr. Datta aggiunge:"Ciò che ci interessa è progettare o identificare modi di utilizzare queste macchine quantistiche per risolvere problemi complessi in fisica e chimica, per progettare nuovi prodotti chimici e materiali, o identificare materiali con proprietà interessanti o esotiche. Ed è per questo che siamo particolarmente interessati alla correttezza del calcolo".