Fattori ambientali chiamati decoerenze portano a rotazioni casuali dei qubit. Ad esempio, il qubit centrale viene ruotato nella figura centrale, rappresentando un errore quantistico. Il compito degli schemi QEC è rilevare e correggere tali errori in modo che i qubit possano essere riportati allo stato originale. Credito:Sangkha Borah, OIST
I computer quantistici hanno un'enorme promessa nel nostro mondo dei big data. Se i ricercatori riuscissero a sfruttare il loro potenziale, questi dispositivi potrebbero eseguire calcoli estremamente complessi alla velocità della luce.
I computer classici come i nostri laptop memorizzano le informazioni in bit, che esistono in uno dei due stati fisici:0 o 1. Ma i qubit, la forma equivalente di archiviazione dei dati per i computer quantistici, funzionano in modo diverso perché la loro natura è probabilistica piuttosto che deterministica. Possono esistere sia come 0 che come 1 contemporaneamente, che è ciò che dà loro il loro potere. Con l'aumento del numero di qubit memorizzati in un computer quantistico, quel computer può elaborare le informazioni in modo esponenzialmente più veloce di un computer classico.
Ma c'è un aspetto negativo. I qubit sono fragili. I loro stati cambiano molto rapidamente, ad esempio in risposta a fattori ambientali come la temperatura, introducendo molti errori. I ricercatori hanno lottato per sviluppare un modo efficiente per correggere questi errori in tempo reale. I metodi per correggere tali errori quantistici sono noti come schemi di correzione degli errori quantistici (QEC).
"Per l'informatica quantistica, questi errori sono davvero un problema", afferma il dottor Sangkha Borah, un ricercatore post-dottorato presso l'Unità di macchine quantistiche guidata dal professor Jason Twamley presso l'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "Se riusciamo a capire come eseguire con precisione il QEC, potremmo presto disporre di computer quantistici utilizzabili."
Ora, il Dr. Borah e i suoi colleghi dell'OIST, e i loro collaboratori del Trinity College di Dublino, in Irlanda, e dell'Università del Queensland a Brisbane, in Australia, hanno proposto una nuova tecnica di correzione degli errori, che è stata recentemente pubblicata su Physical Rivedi la ricerca.
Questo schema mostra come funziona lo schema MBE-CQEC per tre qubit. I qubit in un computer quantistico (a sinistra) vengono continuamente misurati da uno stimatore (a destra), che è gestito da un computer classico. Lo stimatore rileva gli errori effettuando misurazioni della sindrome, quindi li corregge con un feedback appropriato. Credito:Sangkha Borah, OIST
Il raggiungimento della QEC implica la creazione di una raccolta di più qubit utilizzando una proprietà della meccanica quantistica chiamata entanglement. Per rilevare gli errori che si verificano nei qubit, uno schema QEC deve applicare una serie di misurazioni note come misurazioni della sindrome. Queste misurazioni valutano se due qubit vicini più vicini sono allineati nella stessa direzione o meno. I risultati di queste misurazioni sono chiamati sindromi e, sulla base di essi, l'errore nei qubit può essere rilevato e successivamente corretto.
Gli schemi QEC comunemente utilizzati sono generalmente lenti e comportano anche una rapida perdita di informazioni archiviate nei qubit a causa di errori che non riescono a rilevare e correggere in tempo reale. Inoltre, tali metodi QEC utilizzano un approccio di misurazione quantistica convenzionale chiamato misurazione proiettiva per ottenere le sindromi. Questo approccio richiede diversi qubit aggiuntivi, il che lo rende dispendioso in termini di risorse.
Invece, il Dr. Borah ei suoi colleghi hanno utilizzato un approccio chiamato misurazione continua. Tali misurazioni possono essere eseguite molto più rapidamente rispetto alle misurazioni proiettive convenzionali in un modo altamente efficiente in termini di risorse. Hanno sviluppato uno schema QEC chiamato schema di stima basato sulla misurazione per la correzione dell'errore quantico continuo (MBE-CQEC), che potrebbe rilevare e correggere in modo rapido ed efficiente gli errori da misurazioni parziali e rumorose della sindrome. Hanno impostato un potente computer classico che funge da controller (o stimatore) esterno che stima gli errori nel sistema quantistico, filtra perfettamente il rumore e applica feedback per correggerli.
Il nuovo schema QEC si basa su un modello teorico che deve ancora essere convalidato sperimentalmente su un computer quantistico, spiega il dottor Borah. Inoltre, presenta un'importante limitazione:all'aumentare del numero di qubit nel sistema, la simulazione in tempo reale dello stimatore diventa esponenzialmente più lenta.
"Ci stiamo lavorando e speriamo che anche altri sul campo si occupino del problema", ha concluso il dottor Borah. + Esplora ulteriormente
