Computer quantistico utilizzato in questo lavoro. a, Sezione della trappola di superficie dell'elettrodo segmentato Quantinuum H1-1, che mostra cinque zone di gate in viola (le estensioni dei cristalli di ioni di 750 μm di larghezza e le zone del raggio laser non sono disegnate in scala). Il computer funziona in modo simile a quello descritto altrove (tranne che con il funzionamento del gate parallelo attraverso le tre zone del gate centrale (G2–G4)), con ioni qubit 171Yb+ (verde) e ioni refrigerante 138Ba+ (bianco) immagazzinati in uno dei due ioni o cristalli a quattro ioni. L'accoppiamento arbitrario di qubit si ottiene trasportando ioni lungo la radiofrequenza lineare nulla (linea tratteggiata) 70 μm sopra la superficie. b, il raffreddamento simpatico allo stato fondamentale seguito dal nostro gate Mølmer – Sørenson a due qubit, insensibile alla fase, è implementato in parallelo attraverso G2 – G4 su configurazioni cristalline Yb – Ba – Ba – Yb. Ogni cristallo ha un'estensione di circa 8 μm e i laser di raffreddamento e di gate (lunghezze d'onda, rispettivamente 493 e 368 nm) hanno una vita del raggio nominale di 17,5 μm. c, fedeltà media tipica (vale a dire rappresentativa per la durata dell'acquisizione dei dati) di porte a qubit singolo (SQ), porte a due qubit (TQ) e preparazione e misurazione combinate dello stato (SPAM) effettuate tramite benchmarking randomizzato. Credito:Fisica della natura (2022). DOI:10.1038/s41567-022-01689-7
Un team di ricercatori di Quantinuum, in collaborazione con un collega dell'Università del Texas, ad Austin, ha sviluppato un modo per simulare infinite particelle caotiche utilizzando un computer quantistico che funziona con un numero limitato di qubit. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nature Physics , il gruppo descrive la propria tecnica.
Per saperne di più su come si comportano le molecole nei materiali, i ricercatori hanno escogitato strategie per simulare il loro comportamento su un computer. Tali tentativi hanno funzionato bene con operazioni semplici, ma hanno avuto problemi durante la simulazione della complessità, come una linea infinitamente lunga di particelle interagenti in un dato periodo di tempo. I tentativi sui supercomputer tradizionali si sono arenati e i ricercatori hanno teorizzato che un computer quantistico potrebbe fare il lavoro abbastanza bene. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno scoperto che è proprio così.
I ricercatori affermano che la chiave per l'esecuzione di un algoritmo in grado di affrontare un problema del genere è dovuta a un progetto che non solo eseguiva le operazioni necessarie per eseguire la simulazione, ma anche per aggiungere codice che consentisse a tale simulazione di funzionare con pochissimi qubit. Una volta ottenuto un algoritmo che pensavano avrebbe funzionato, il team si è rivolto all'hardware. Hanno scelto una macchina che utilizza qubit rappresentati da atomi di itterbio e hanno modificato il numero di qubit che sono stati eseguiti da tre a 11.
I ricercatori hanno scoperto che erano in grado di eseguire il loro algoritmo con un numero così piccolo di qubit perché hanno costruito un sistema che riciclava i qubit:mentre veniva utilizzato un qubit, quelli che erano già stati utilizzati venivano ripristinati al loro stato originale e quindi usato di nuovo:una tecnica chiamata dinamica olografica. Questo processo è stato ripetuto durante l'esecuzione della simulazione. Per testare il sistema, i ricercatori hanno eseguito una simulazione di un processo che era già stato verificato utilizzando altre tecniche. Il team prevede di testare il sistema con una simulazione che non può essere dimostrata utilizzando un supercomputer convenzionale. + Esplora ulteriormente
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