Uno dei principali ostacoli che i progettisti di computer quantistici devono affrontare, la correzione degli errori che si insinuano nei calcoli di un processore, potrebbe essere superato con un nuovo approccio dai fisici del National Institute of Standards and Technology (NIST), l'Università del Maryland e il California Institute of Technology, che potrebbe aver trovato un modo per progettare interruttori di memoria quantistica che si auto correggessero.

Il documento teorico del team, che appare oggi sul giornale Lettere di revisione fisica , suggerisce un percorso più semplice per creare bit quantici stabili, o qubit, che normalmente sono soggetti a disturbi ed errori ambientali. Trovare metodi per correggere questi errori è un problema importante nello sviluppo di computer quantistici, ma l'approccio del team di ricerca alla progettazione dei qubit potrebbe aggirare il problema.

"La correzione degli errori complica una situazione già complicata. Di solito richiede la creazione di qubit aggiuntivi e l'esecuzione di misurazioni aggiuntive per trovare gli errori, tutto ciò porta in genere a un grande sovraccarico hardware, " ha detto il primo autore Simon Lieu, che lavora presso il Joint Quantum Institute (JQI) e il Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS), entrambe le collaborazioni tra il NIST e l'Università del Maryland. "Il nostro schema è passivo e autonomo. Fa tutto quel lavoro extra automaticamente".

I designer stanno sperimentando molti approcci alla creazione di qubit. Un'architettura promettente è chiamata risonatore a cavità fotonica. Nel suo minuscolo volume, più fotoni possono essere spinti a rimbalzare avanti e indietro tra le pareti riflettenti della cavità. I fotoni, manifestando le loro proprietà ondulatorie nella cavità, si combinano per formare schemi di interferenza simili a increspature. I pattern stessi contengono le informazioni del qubit. È una disposizione delicata che, come increspature sulla superficie di uno stagno, tende a dissolversi rapidamente.

È anche facilmente perturbabile. Lavorare, i qubit hanno bisogno di pace e tranquillità. Il rumore dall'ambiente circostante, come il calore oi campi magnetici emessi da altri componenti vicini, può disturbare il modello di interferenza e rovinare il calcolo.

Piuttosto che costruire un sistema elaborato per rilevare, misurare e compensare rumore ed errori, i membri del team hanno percepito che se la fornitura di fotoni nella cavità viene costantemente aggiornata, le informazioni quantistiche del qubit possono sopportare determinate quantità e tipi di rumore.

Poiché la cavità può contenere molti fotoni, un qubit ne coinvolge un numero consistente, edificio in qualche ridondanza. In alcuni progetti di qubit, la dispersione di fotoni nell'ambiente, un evento comune, significa che le informazioni vengono perse. Ma piuttosto che difendersi da questo tipo di perdite, l'approccio del team lo incorpora. I fotoni rimanenti della loro cavità sosterrebbero lo schema di interferenza abbastanza a lungo da consentire ad altri fotoni di entrare e sostituire quelli mancanti.

Un flusso costante di fotoni freschi significherebbe anche che se alcuni fotoni nella cavità venissero corrotti dal rumore, sarebbero stati eliminati abbastanza rapidamente da non provocare danni catastrofici. Il modello di interferenza potrebbe vacillare per un momento, come farebbero le increspature di uno stagno se un piccolo sasso cadesse con uno spruzzo inquietante, ma le sorgenti pulsanti delle increspature rimarrebbero coerenti, aiutando il modello, e le sue informazioni quantistiche, a riaffermarsi rapidamente.

"È come aggiungere acqua fresca, " disse Lieu. "Ogni volta che le informazioni vengono contaminate, il fatto che tu stia spingendo dentro l'acqua e pulendo i tuoi tubi in modo dinamico lo mantiene resistente ai danni. Questa configurazione complessiva è ciò che mantiene forte il suo stato stazionario".

L'approccio non renderebbe i qubit resistenti a tutti i tipi di errori, ha detto Lieu. Alcuni disturbi si qualificherebbero ancora come schizzi troppo drammatici per essere gestiti dal sistema. Inoltre, il concetto si applica principalmente alle cavità fotoniche che il team ha considerato e non aiuterebbe necessariamente a rafforzare altri progetti di qubit all'avanguardia.

Il metodo proposto si aggiunge a un arsenale di promettenti tecniche di correzione degli errori dei computer quantistici, come i qubit "topologici", che sarebbe anche autocorrettivo ma richiederebbe materiali esotici ancora da realizzare. Mentre il team si aspetta che il nuovo approccio sia particolarmente utile per il calcolo quantistico basato su fotoni a microonde nelle architetture superconduttrici, potrebbe anche trovare applicazioni nell'informatica basata su fotoni ottici.

Il lavoro del team si basa su precedenti sforzi teorici e sperimentali sui qubit fotonici. Lieu ha affermato che altri fisici hanno già posto la maggior parte delle basi necessarie per testare sperimentalmente la proposta del team.

"Stiamo pianificando di contattare gli sperimentatori per testare l'idea, " ha detto. "Avrebbero solo bisogno di mettere insieme un paio di ingredienti esistenti".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.