L'informatica quantistica ha il potenziale per essere una tecnologia futura rivoluzionaria in campi che vanno dalla chimica alla crittografia, dalla finanza ai prodotti farmaceutici. Rispetto ai computer convenzionali, gli scienziati suggeriscono che i computer quantistici potrebbero funzionare molte migliaia di volte più velocemente. Per sfruttare questo potere, gli scienziati oggi stanno cercando modi per costruire reti di computer quantistici. La memoria quantistica tollerante ai guasti, che risponde bene quando si verificano malfunzionamenti hardware o software, svolgerà un ruolo importante in queste reti. Un team di ricerca della Yokohama National University sta esplorando la memoria quantistica che è resiliente agli errori operativi o ambientali.

Il team di ricerca ha riportato i propri risultati il ​​27 aprile 2022 sulla rivista Communications Physics .

Affinché i computer quantistici raggiungano il loro pieno potenziale, gli scienziati devono essere in grado di costruire reti quantistiche. In queste reti, la memoria quantistica tollerante ai guasti è essenziale. Quando gli scienziati manipolano la memoria quantistica di spin, è necessario un campo magnetico. Il campo magnetico ostacola l'integrazione con i bit quantistici superconduttori, o qubit. I qubit nell'informatica quantistica sono unità di informazione di base, simili alle cifre binarie, o bit, nei computer convenzionali.

Per ampliare un computer quantistico basato su qubit superconduttori, gli scienziati devono operare in un campo magnetico zero. Nella loro ricerca per promuovere la tecnologia verso un computer quantistico tollerante ai guasti, il team di ricerca ha studiato i centri di posti vacanti di azoto nel diamante. I centri di posti vacanti di azoto sono promettenti in una gamma di applicazioni, tra cui l'informatica quantistica. Utilizzando un centro vuoto di azoto di diamante con due spin nucleari degli isotopi di carbonio circostanti, il team ha dimostrato la correzione dell'errore quantistico nella memoria quantistica. Hanno testato una correzione dell'errore quantistico a tre qubit rispetto a un errore di inversione di bit o di inversione di fase, in un campo magnetico zero. Gli errori di inversione di bit o di fase possono verificarsi quando ci sono cambiamenti nel campo magnetico. Per ottenere un campo magnetico zero, il team ha utilizzato una bobina tridimensionale per annullare il campo magnetico residuo, compreso il campo geomagnetico. Questa memoria quantistica è codificata per la correzione degli errori per correggere automaticamente gli errori non appena si verificano.

Ricerche precedenti avevano dimostrato la correzione dell'errore quantistico, ma il tutto è stato condotto sotto campi magnetici relativamente forti. Il team di ricerca della Yokohama National University è il primo a dimostrare il funzionamento quantistico dell'elettrone e degli spin nucleari in assenza di un campo magnetico.

"La correzione dell'errore quantistico rende la memoria quantistica resiliente agli errori operativi o ambientali senza la necessità di campi magnetici e apre una strada verso il calcolo quantistico distribuito e un Internet quantistico con interfacce quantistiche basate sulla memoria o ripetitori quantistici", ha affermato Hideo Kosaka, professore presso Università di Yokohama e autore principale dello studio.

La dimostrazione del team può essere applicata alla costruzione di un computer quantistico distribuito su larga scala e di una rete di comunicazione quantistica a lungo raggio collegando sistemi quantistici vulnerabili a un campo magnetico, come i qubit superconduttori con memorie quantistiche basate sullo spin. Guardando al futuro, il team di ricerca ha in programma di fare un ulteriore passo avanti nella tecnologia. "Vogliamo sviluppare un'interfaccia quantistica tra qubit superconduttori e fotonici per realizzare un computer quantistico su larga scala tollerante ai guasti", ha affermato Kosaka. + Esplora ulteriormente

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