Costruire un computer quantistico universale è un compito impegnativo a causa della fragilità dei bit quantistici, o qubit in breve. Per affrontare questo problema, sono stati sviluppati vari tipi di correzione degli errori. I metodi convenzionali lo fanno con tecniche di correzione attiva. In contrasto, ricercatori guidati dal Prof. David DiVincenzo del Forschungszentrum Jülich e della RWTH Aachen University, insieme ai partner dell'Università di Basilea e QuTech Delft, hanno ora proposto un progetto per un circuito con correzione passiva degli errori. Un tale circuito sarebbe già intrinsecamente protetto dai guasti e potrebbe accelerare significativamente la costruzione di un computer quantistico con un gran numero di qubit.

Per codificare le informazioni quantistiche in modo affidabile, generalmente, diversi qubit imperfetti vengono combinati per formare un cosiddetto qubit logico. Codici di correzione degli errori quantistici, o codici QEC in breve, consentono così di rilevare gli errori e successivamente correggerli, in modo che l'informazione quantistica sia conservata per un periodo di tempo più lungo.

In linea di principio, le tecniche funzionano in modo simile alla cancellazione attiva del rumore in cuffia:in una prima fase, qualsiasi guasto viene rilevato. Quindi, viene eseguita un'operazione correttiva per rimuovere l'errore e riportare l'informazione alla sua forma pura originale.

Però, l'applicazione di tale correzione attiva degli errori in un computer quantistico è molto complessa e comporta un ampio uso di hardware. Tipicamente, sono necessarie complesse elettroniche di correzione degli errori per ogni qubit, rendendo difficile costruire circuiti con molti qubit, come richiesto per costruire un computer quantistico universale.

Il progetto proposto per un circuito superconduttore, d'altra parte, ha una sorta di correzione degli errori incorporata. Il circuito è progettato in modo tale da essere già intrinsecamente protetto dal rumore ambientale pur essendo ancora controllabile. Il concetto aggira quindi la necessità di stabilizzazione attiva in modo altamente efficiente dall'hardware, e sarebbe quindi un candidato promettente per un futuro processore quantistico su larga scala che abbia un gran numero di qubit.

"Implementando un gyrator, un dispositivo a due porte che accoppia la corrente su una porta alla tensione sull'altra, tra due dispositivi superconduttori (le cosiddette giunzioni Josephson), potremmo rinunciare alla richiesta di rilevamento e stabilizzazione attivi degli errori:una volta raffreddati, il qubit è intrinsecamente protetto contro i comuni tipi di rumore, " ha detto Martin Rymarz, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di David DiVincenzo e primo autore del paper, pubblicato in Revisione fisica X.

"Spero che il nostro lavoro ispiri gli sforzi in laboratorio; riconosco che questo, come tante nostre proposte, potrebbe essere un po' in anticipo sui tempi", ha detto David DiVincenzo, Direttore fondatore del JARA-Institute for Quantum Information presso la RWTH Aachen University e direttore dell'Institute of Theoretical Nanoelectronics (PGI-2) presso Forschungszentrum Jülich. "Tuttavia, data la competenza professionale disponibile, riconosciamo la possibilità di testare la nostra proposta in laboratorio nel prossimo futuro".

David DiVincenzo è considerato un pioniere nello sviluppo dei computer quantistici. Tra l'altro, il suo nome è associato ai criteri che un computer quantistico deve soddisfare, i cosiddetti 'criteri DiVincenzo'.