Anche i computer quantistici commettono errori. La loro capacità di calcolo è straordinaria, superando di gran lunga quello dei computer classici. Questo perché i circuiti nei computer quantistici sono basati su qubit che possono rappresentare non solo zero o uno, ma anche sovrapposizioni di entrambi gli stati utilizzando i principi della meccanica quantistica. Nonostante il loro grande potenziale, i qubit sono estremamente fragili e soggetti a errori dovuti alle interazioni con l'ambiente esterno.

Per risolvere questo problema cruciale, un gruppo di ricerca internazionale ha sviluppato e implementato un nuovo protocollo che protegge le informazioni quantistiche fragili e corregge gli errori dovuti alla perdita di qubit. Questo gruppo di ricerca ha pubblicato i risultati del suo studio in Natura .

"Sviluppare un processore quantistico completamente funzionante rappresenta ancora una grande sfida per gli scienziati di tutto il mondo, " spiega Davide Vodola che è uno degli autori dello studio nonché ricercatore presso l'Università di Bologna. "Questa ricerca ci ha permesso, per la prima volta, implementare un protocollo in grado di rilevare e, allo stesso tempo, correggere gli errori dovuti alla perdita di qubit. Questa capacità potrebbe rivelarsi essenziale per il futuro sviluppo di computer quantistici su larga scala".

Sappiamo che i processori quantistici mostrano una certa tolleranza agli errori di calcolo. Ma sappiamo troppo poco su come prevenire e correggere gli errori dovuti a una perdita totale o parziale di qubit.

Quando i computer quantistici elaborano i dati, alcuni qubit possono essere completamente persi dai registri quantistici o possono passare a stati elettronici indesiderati. Il risultato di entrambi questi processi è una perdita che può rendere inutile il processore quantistico. Per questa ragione, è estremamente importante ideare tecniche basate sulla teoria e sperimentali in grado di analizzare e mitigare le conseguenze di questi errori.

"Risolvere questo problema, la prima cosa che il nostro gruppo di ricerca ha fatto è stato sviluppare un approccio teorico efficace al problema, ", afferma Vodola. "Siamo riusciti a dimostrare che le informazioni memorizzate in un registro con alcuni qubit possono essere protette e recuperate completamente nel caso in cui uno di questi qubit venga perso".

Quindi, il gruppo di ricerca ha implementato questo protocollo in un processore quantistico reale. Non è stato facile, però. Infatti, per valutare se un qubit è perso, una misurazione diretta distruggerà tutte le informazioni contenute nel registro quantistico.

Il gruppo di ricerca ha trovato la soluzione di utilizzare un qubit aggiuntivo che funga da sonda e possa valutare la presenza o l'assenza di altri qubit senza alterare il processo di calcolo. Questa idea ha funzionato, consentendo ai ricercatori di testare con successo il loro protocollo in tempo reale.

"Siamo soddisfatti dei risultati di questo test sul processore quantistico a ioni intrappolati dell'Università di Innsbruck, " conferma Vodola. "Lo stesso protocollo può essere implementato in diverse architetture di computer quantistici che sono attualmente in fase di sviluppo da parte di altri centri di ricerca o istituzioni private".