In un nuovo lavoro pionieristico, i ricercatori di DTU hanno ora realizzato la piattaforma completa per un computer quantistico ottico. La piattaforma è universale e scalabile, tutto avviene a temperatura ambiente, e la tecnologia è direttamente compatibile con le reti in fibra ottica standard. Questo pone DTU in prima linea nello sviluppo.

I computer quantistici ottici sono stati a lungo oscurati dalle tecnologie superconduttive che sono state accelerate da enormi programmi di sviluppo eseguiti da giganti della tecnologia come IBM e Google. La situazione ora sta cambiando, uno dei motivi è una serie di progetti pionieristici eseguiti dai ricercatori del centro di ricerca di base bigQ presso DTU Physics.

Infatti, i ricercatori di DTU non si limitano a sviluppare semplicemente singoli componenti per un computer quantistico ottico o solo un simulatore quantistico. Stanno lavorando con determinazione allo sviluppo di un computer quantistico ottico universale basato sulla misurazione.

Può eseguire qualsiasi algoritmo arbitrario

Sebbene il tipo di computer quantistico che i ricercatori della DTU stanno sviluppando sia concettualmente molto diverso da un normale computer, ci sono anche somiglianze.

Esistono alcuni dispositivi logici di base (qubit) che trasportano le informazioni, e ci sono porte che eseguono operazioni su uno o più qubit, implementando così un algoritmo.

La dimostrazione di un cosiddetto insieme di porte universali - e l'implementazione di una serie di operazioni per mezzo di essa - è precisamente ciò che costituisce il nuovo progresso nell'informatica quantistica ottica.

"La nostra dimostrazione di un insieme universale di porte è assolutamente cruciale. Significa che qualsiasi algoritmo arbitrario può essere realizzato sulla nostra piattaforma dati gli input giusti, vale a dire qubit ottici. Il computer è completamente programmabile, "dice Mikkel Vilsbøll Larsen, che è stato il principale motore del lavoro e che ha recentemente completato il suo dottorato di ricerca. studi al DTU.

Il ridimensionamento rende il computer quantistico praticamente rilevante

Il potenziale del computer quantistico è enorme, e la sua potenza di elaborazione notevolmente aumentata rispetto ai computer standard basati su transistor consentirà un'innovazione dirompente in una vasta gamma di aree di grande importanza per la Danimarca, come l'industria farmaceutica, ottimizzazione del settore dei trasporti, e sviluppo di materiali per la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

Un fattore cruciale per realizzare questo potenziale è che il computer quantistico è realizzato su una piattaforma scalabile fino a migliaia di qubit, spiega il ricercatore senior Jonas S. Neergaard-Nielsen, che è uno dei pilastri del lavoro.

"Teoricamente, non c'è differenza tra il fatto che un computer quantistico sia basato su qubit superconduttori o ottici. Ma c'è una differenza pratica decisiva. I computer quantistici superconduttori sono limitati al numero di qubit fabbricati sul chip del processore specifico. Nel nostro sistema, ne creiamo costantemente di nuovi e li impigliamo meccanicamente in modo quantistico con quelli su cui stiamo eseguendo i calcoli. Ciò significa che la nostra piattaforma è facilmente scalabile."

"Inoltre, non abbiamo bisogno di raffreddare tutto in grandi criostati. Anziché, possiamo fare tutto a temperatura ambiente in fibra ottica. Il fatto che il sistema sia basato su fibre ottiche significa anche che può essere collegato direttamente a una futura Internet quantistica, senza difficili intermediari».

I ricercatori hanno superato il traguardo del ridimensionamento già nel 2019 quando, in un articolo in Scienza -hanno spiegato come, come alcuni dei primi al mondo, avevano prodotto la struttura di base per un computer quantistico ottico basato sulla misurazione, un cosiddetto stato di cluster bidimensionale con oltre 30, 000 stati di luce entangled.

Già guardando avanti con determinazione

Anche se potrebbero essere tentati di riposare sugli allori solo per un po', il team di ricercatori ha già nuovi obiettivi in ​​vista.

All'inizio di quest'anno, hanno sviluppato e brevettato un quadro teorico completo su come la loro tecnologia può anche abbracciare la correzione degli errori a lungo termine. Questa è una delle grandi sfide attuali per la tecnologia di calcolo quantistico.

"È un importante risultato di ricerca che abbiamo appena pubblicato, e ne siamo orgogliosi. Ma le nostre ambizioni vanno ben oltre. L'obiettivo a lungo termine è un computer quantistico in grado di risolvere problemi rilevanti e realizzare il potenziale verso cui tutti ci stiamo sforzando, " dice il professor Ulrik L. Andersen, che è a capo di bigQ e ha supervisionato l'intero programma di ricerca.

"Sappiamo cosa serve per posizionare la nostra attuale tecnologia su un chip ottico e introdurre la correzione degli errori, e abbiamo le relative collaborazioni internazionali in atto. Lo stesso vale per il settore aziendale, dove le aziende sono desiderose di sviluppare casi d'uso con noi."

In altre parole, i ricercatori di DTU sono pronti per le prossime sfide e per fare il passo successivo dalla ricerca di base all'innovazione. Infatti, il finanziamento è l'unica cosa che manca.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Fisica della natura .