La prossima generazione di informatica ed elaborazione delle informazioni risiede nell'intrigante mondo della meccanica quantistica. I computer quantistici dovrebbero essere in grado di risolvere grandi, problemi estremamente complessi che vanno oltre la capacità dei più potenti supercomputer di oggi.

Sono necessari nuovi strumenti di ricerca per far avanzare il campo e sviluppare completamente i computer quantistici. Ora i ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato e testato uno strumento teorico per analizzare grandi circuiti superconduttori. Questi circuiti utilizzano bit quantistici superconduttori, o qubit, le unità più piccole di un computer quantistico, per memorizzare le informazioni.

La dimensione del circuito è importante poiché la protezione dal rumore dannoso tende a venire a scapito di una maggiore complessità del circuito. Attualmente sono pochi gli strumenti che affrontano la modellazione di grandi circuiti, rendendo il metodo Northwestern un importante contributo alla comunità di ricerca.

"Il nostro framework si ispira a metodi originariamente sviluppati per lo studio degli elettroni nei cristalli e ci consente di ottenere previsioni quantitative per circuiti a cui in precedenza era difficile o impossibile accedere, " ha detto Daniel Weiss, corrispondente e primo autore dell'articolo. È uno studente laureato del quarto anno nel gruppo di ricerca di Jens Koch, un esperto di qubit superconduttori.

Koch, professore associato di fisica e astronomia al Weinberg College of Arts and Sciences, è membro del Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS) e del Co-design Center for Quantum Advantage (C ² QA). Entrambi i centri nazionali sono stati istituiti lo scorso anno dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE). SQMS è focalizzato sulla costruzione e l'implementazione di un computer quantistico oltre lo stato dell'arte basato su tecnologie superconduttive. C ² QA sta costruendo gli strumenti fondamentali necessari per creare scalabili, sistemi informatici quantistici distribuiti e tolleranti ai guasti.

"Siamo entusiasti di contribuire alle missioni perseguite da questi due centri DOE e di aggiungere visibilità alla Northwestern nel campo della scienza dell'informazione quantistica, " disse Koch.

Nel loro studio, i ricercatori della Northwestern illustrano l'utilizzo del loro strumento teorico estraendo da un circuito protetto informazioni quantitative non ottenibili con tecniche standard.

I dettagli sono stati pubblicati oggi (13 settembre) nella rivista ad accesso aperto Ricerca sulla revisione fisica .

I ricercatori hanno studiato specificamente i qubit protetti. Questi qubit sono protetti dal rumore dannoso in base alla progettazione e potrebbero produrre tempi di coerenza (quanto tempo vengono conservate le informazioni quantistiche) che sono molto più lunghi degli attuali qubit allo stato dell'arte.

Questi circuiti superconduttori sono necessariamente grandi, e lo strumento Northwestern è un mezzo per quantificare il comportamento di questi circuiti. Esistono alcuni strumenti esistenti in grado di analizzare grandi circuiti superconduttori, ma ognuno funziona bene solo quando vengono soddisfatte determinate condizioni. Il metodo Northwestern è complementare e funziona bene quando questi altri strumenti possono dare risultati non ottimali.

Il titolo dell'articolo è "Metodo di legame stretto variazionale per la simulazione di grandi circuiti superconduttori".