Nell'odierna infrastruttura digitale, i bit di dati che utilizziamo per inviare ed elaborare le informazioni possono essere 0 o 1. Essere in grado di correggere eventuali errori che possono verificarsi nei calcoli utilizzando questi bit è una parte vitale dell'elaborazione delle informazioni e dei sistemi di comunicazione. Ma un computer quantistico usa bit quantistici, che può essere una sorta di miscela di 0 e 1, nota come sovrapposizione quantistica. Questa miscela è vitale per il loro potere, ma rende la correzione degli errori molto più complicata.

I ricercatori di DTU Fotonik hanno co-creato il più grande e complesso processore di informazioni quantistiche fotoniche fino ad oggi, su un microchip. Usa singole particelle di luce come bit quantici, e dimostra per la prima volta una varietà di protocolli di correzione degli errori con bit quantistici fotonici.

"Abbiamo realizzato un nuovo microchip ottico che elabora le informazioni quantistiche in modo tale da potersi proteggere dagli errori utilizzando l'entanglement. Abbiamo utilizzato un nuovo design per implementare schemi di correzione degli errori, e verificato che funzionino efficacemente sulla nostra piattaforma fotonica, "dice Jeremy Adcock, postdoc presso DTU Fotonik e co-autore del Fisica della natura carta.

Questa ricerca è importante perché la correzione degli errori è la chiave per lo sviluppo di computer quantistici su larga scala, che sbloccherà nuovi algoritmi per es. simulazioni chimiche su larga scala e apprendimento automatico più rapido.

Un'applicazione chiave potrebbe essere la scoperta di farmaci. I computer di oggi non possono simulare grandi molecole e le loro interazioni, per esempio quando si introduce una molecola di farmaco nel corpo umano. Nei computer di oggi, la dimensione del calcolo classico cresce esponenzialmente con la dimensione delle molecole coinvolte. Ma per i futuri computer quantistici, sono noti algoritmi più efficienti, che non esplodono in costi computazionali.

Questo è solo uno dei problemi che la tecnologia quantistica del futuro promette di risolvere, essendo in grado di elaborare le informazioni oltre i limiti fondamentali dei computer tradizionali. Ma per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo andare piccoli:

"I dispositivi chip-scale sono un importante passo avanti se la tecnologia quantistica verrà ampliata per mostrare un vantaggio rispetto ai computer classici. Questi sistemi richiederanno milioni di componenti ad alte prestazioni che operano alle velocità più elevate possibili, qualcosa che si ottiene solo con microchip e circuiti integrati, resi possibili dall'industria manifatturiera dei semiconduttori ultra avanzata, " dice il co-autore Yunhong Ding, ricercatore senior presso DTU Fotonik.

Per realizzare una tecnologia quantistica che vada oltre i potenti computer di oggi, è necessario ridimensionare ulteriormente questa tecnologia. In particolare, le sorgenti di fotoni (particelle di luce) su questo chip non sono abbastanza efficienti per costruire una tecnologia quantistica di scala utile.

"A DTU, ora stiamo lavorando per aumentare l'efficienza di queste fonti, che attualmente hanno un'efficienza di appena l'1%, fino a raggiungere quasi l'unità. Con una tale fonte, dovrebbe essere possibile costruire dispositivi fotonici quantistici di scala notevolmente maggiore, e raccogliere i benefici del vantaggio fisico nativo della tecnologia quantistica rispetto ai computer classici nell'elaborazione, comunicare, e acquisire informazioni, dice postdoc presso DTU Fotonik, Jeremy Adcock.

"Con sorgenti di fotoni più efficienti, saremo in grado di costruire più e diversi stati di risorse, che consentirà calcoli più grandi e complessi, così come comunicazioni quantistiche sicure a portata illimitata."