I fisici hanno scoperto una caratteristica potenzialmente rivoluzionaria del comportamento dei bit quantistici che consentirebbe agli scienziati di simulare sistemi quantistici complessi senza la necessità di un'enorme potenza di calcolo.

Per un po 'di tempo, lo sviluppo della prossima generazione di computer quantistici è limitato dalla velocità di elaborazione delle CPU convenzionali. Anche i supercomputer più veloci del mondo non sono stati abbastanza potenti, e i computer quantistici esistenti sono ancora troppo piccoli, essere in grado di modellare strutture quantistiche di dimensioni moderate, come i processori quantistici.

Però, un team di ricercatori delle università di Loughborough e Nottingham e Innopolis ha ora trovato un modo per aggirare la necessità di tali enormi quantità di energia sfruttando il comportamento caotico dei qubit, la più piccola unità di informazione digitale.

Durante la modellazione del comportamento dei bit quantistici (qubit) hanno scoperto che quando una fonte di energia esterna, come un segnale laser o microonde, è stato utilizzato il sistema è diventato più caotico, dimostrando infine il fenomeno noto come ipercaos.

Quando i qubit sono stati eccitati dalla fonte di alimentazione hanno cambiato stato, come normali bit di computer che si spostano tra zero e uno, ma in modo molto più irregolare e imprevedibile. Però, i ricercatori hanno scoperto che il grado di complessità (ipercao) non aumentava esponenzialmente con l'aumentare delle dimensioni del sistema, come ci si aspetterebbe, ma invece, è rimasto proporzionale al numero di unità.

In un nuovo documento, "Emersione e controllo di comportamenti complessi in sistemi guidati di qubit interagenti con dissipazione, " pubblicato sulla rivista Nature Informazioni quantistiche NPJ , il team mostra che questo fenomeno ha un grande potenziale per consentire agli scienziati di simulare grandi sistemi quantistici.

Uno degli autori corrispondenti, Dott. Alexandre Zagoskin, della School of Science di Loughborough, ha detto:"Una buona analogia è il design degli aerei. Per progettare un aeroplano, è necessario risolvere alcune equazioni di idro(aero)dinamica, che sono molto difficili da risolvere e sono diventati possibili solo dopo la seconda guerra mondiale, quando apparvero potenti computer. Tuttavia, la gente aveva progettato e pilotato aerei molto prima. Era perché il comportamento del flusso d'aria poteva essere caratterizzato da un numero limitato di parametri, come il numero di Reynolds e il numero di Mach, che potrebbe essere determinato da esperimenti su modelli su piccola scala. Senza questo, simulazione diretta di un sistema quantistico in tutti i dettagli, utilizzando un computer classico, diventa impossibile una volta che contiene più di qualche migliaio di qubit. Essenzialmente, non c'è abbastanza materia nell'Universo per costruire un computer classico in grado di affrontare il problema. Se possiamo caratterizzare diversi regimi di un 10, Computer quantistico da 000 qubit di appena 10, 000 tali parametri invece di 2 ^{10, 000} – che è circa 2 per 1 con tremila zeri – sarebbe una vera svolta".

I nuovi risultati mostrano che un sistema quantistico mostra modelli qualitativamente diversi di comportamento generale del caso, e le transizioni tra loro sono regolate da un numero relativamente piccolo di parametri.

Se questo vale in generale, quindi i ricercatori saranno in grado di determinare i valori critici di questi parametri da, per esempio., costruire e testare modelli in scala, e, prendendo alcune misurazioni del sistema reale, per dire se i parametri del nostro processore quantistico gli consentono di funzionare correttamente o meno.

Come bonus, la complessità controllabile nel comportamento di grandi sistemi quantistici apre nuove possibilità nello sviluppo di nuovi strumenti di crittografia quantistica.