I ricercatori finanziati dall'esercito e dall'aeronautica hanno compiuto un passo avanti verso la costruzione di un computer quantistico tollerante ai guasti, che potrebbe fornire capacità avanzate di elaborazione dei dati.

L'informatica quantistica ha il potenziale per fornire nuove capacità di calcolo per il modo in cui l'esercito intende combattere e vincere in quelle che chiama operazioni multidominio. Può anche favorire la scoperta di materiali, intelligenza artificiale, ingegneria biochimica e molte altre discipline necessarie per il futuro militare; però, perché i qubit, gli elementi costitutivi fondamentali dei computer quantistici, sono intrinsecamente fragili, una barriera di vecchia data all'informatica quantistica è stata l'efficace implementazione della correzione degli errori quantistici.

I ricercatori dell'Università del Massachusetts Amherst hanno identificato un modo per proteggere le informazioni quantistiche da una comune fonte di errore nei sistemi superconduttori, una delle piattaforme leader per la realizzazione di computer quantistici su larga scala. La ricerca, pubblicato in Natura , realizzato un nuovo modo per correggere spontaneamente gli errori quantistici.

ARO è un elemento del comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, noto come DEVCOM, Laboratorio di ricerca dell'esercito. L'AFOSR sostiene la ricerca di base per l'Air Force e la Space Force come parte del laboratorio di ricerca dell'aeronautica.

"Questo è un risultato molto entusiasmante non solo per il concetto fondamentale di correzione degli errori che il team è stato in grado di dimostrare, ma anche perché i risultati suggeriscono che questo approccio globale può essere suscettibile di implementazioni con un'elevata efficienza delle risorse, ha detto la dottoressa Sara Gamble, responsabile del programma di scienza dell'informazione quantistica, ARO. "L'efficienza è sempre più importante man mano che i sistemi di calcolo quantistico crescono di dimensioni fino alle scale di cui avremo bisogno per le applicazioni rilevanti dell'esercito".

I computer di oggi sono costruiti con transistor che rappresentano bit classici, 1 o 0. Il calcolo quantistico è un nuovo paradigma di calcolo che utilizza bit o qubit quantistici, dove la sovrapposizione quantistica e l'entanglement possono essere sfruttati per guadagni esponenziali nella potenza di elaborazione.

Le dimostrazioni esistenti della correzione dell'errore quantistico sono attive, il che significa che richiedono il controllo periodico degli errori e la loro correzione immediata. Ciò richiede risorse hardware e quindi ostacola il ridimensionamento dei computer quantistici.

In contrasto, l'esperimento dei ricercatori ottiene la correzione passiva dell'errore quantistico adattando l'attrito o la dissipazione sperimentati dal qubit. Poiché l'attrito è comunemente considerato la nemesi della coerenza quantistica, questo risultato può sembrare sorprendente. Il trucco è che la dissipazione deve essere progettata specificamente in modo quantistico.

Questa strategia generale è nota in teoria da circa due decenni, ma un modo pratico per ottenere tale dissipazione e utilizzarla per la correzione degli errori quantistici è stata una sfida.

"Si spera che la dimostrazione di tali approcci non tradizionali stimolerà idee più intelligenti per superare alcuni dei problemi più impegnativi per la scienza quantistica, " ha detto la dottoressa Grace Metcalfe, responsabile del programma per la scienza dell'informazione quantistica presso l'AFOSR.

Guardare avanti, i ricercatori hanno affermato che l'implicazione è che potrebbero esserci più strade per proteggere i qubit dagli errori e farlo in modo meno costoso.

"Sebbene il nostro esperimento sia ancora una dimostrazione piuttosto rudimentale, abbiamo finalmente realizzato questa possibilità teorica controintuitiva di QEC dissipativo, " ha detto il dottor Chen Wang, Fisico dell'Università del Massachusetts Amherst. "Questo esperimento aumenta la prospettiva di costruire potenzialmente un utile computer quantistico tollerante ai guasti nel medio e lungo periodo".