Lo sviluppo dei computer quantistici è perseguito in tutto il mondo e ci sono vari concetti su come implementare il calcolo utilizzando le proprietà del mondo quantistico. Molti di questi sono già avanzati sperimentalmente in aree che non possono più essere emulate sui computer classici. Ma le tecnologie non hanno ancora raggiunto il punto in cui possono essere utilizzate per risolvere problemi computazionali più ampi. Pertanto, i ricercatori sono attualmente alla ricerca di applicazioni che possono essere implementate su piattaforme esistenti. "Stiamo cercando compiti che possiamo calcolare su hardware esistente", afferma Rick van Bijnen dell'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica presso l'Accademia austriaca delle scienze di Innsbruck. Un team attorno a Van Bijnen e al gruppo di ricerca Lechner sta ora proponendo un metodo per risolvere i problemi di ottimizzazione utilizzando atomi neutri.

Soluzione software

Per sviluppare applicazioni scientificamente e industrialmente rilevanti per l'hardware quantistico esistente nel prossimo futuro, i ricercatori sono alla ricerca di algoritmi speciali che corrispondano strutturalmente ai punti di forza di una piattaforma quantistica. "Questa co-progettazione di algoritmi e piattaforme sperimentali consente a questi sistemi di funzionare senza correzione degli errori, cosa ancora difficile da ottenere oggi", spiega Wolfgang Lechner del Dipartimento di Fisica Teorica dell'Università di Innsbruck. I fisici prevedono che il loro algoritmo di ottimizzazione venga implementato su atomi neutri intrappolati e disposti in pinzette ottiche. Possono essere programmati tramite l'interazione di stati di Rydberg altamente eccitati. Per evitare i limiti degli approcci precedenti, i fisici non implementano direttamente l'algoritmo, ma utilizzano la cosiddetta architettura di parità, una progettazione hardware scalabile e indipendente dal problema per problemi di ottimizzazione combinatoria, che Wolfgang Lechner ha sviluppato insieme a Philipp Hauke ​​e Peter Zoller a Innsbruck.

In questo modo, l'algoritmo di ottimizzazione richiede solo operazioni a qubit singolo dipendenti dal problema e operazioni a quattro qubit indipendenti dal problema. Trovare un'implementazione diretta e semplice per queste operazioni a quattro qubit è stata la sfida più grande per i ricercatori di Innsbruck. A tale scopo, hanno progettato una speciale porta quantistica. "Abbiamo implementato l'algoritmo direttamente nel linguaggio dell'esperimento", spiega il primo autore Clemens Dlaska. "Quindi, l'algoritmo può essere realizzato sull'attuale hardware quantistico semplicemente ottimizzando la durata degli impulsi laser in un circuito di feedback."

Arbitrariamente scalabile

Con il concetto proposto, le prestazioni dell'hardware quantistico esistente nella risoluzione di problemi di ottimizzazione rilevanti possono essere studiate per problemi di dimensioni attualmente impossibili da simulare sui supercomputer classici. Il fatto che sia la piattaforma hardware che la soluzione software possono essere estese in larga misura senza modifiche è un importante vantaggio del nuovo metodo.

Il team di Innsbruck ha ora presentato il suo nuovo concetto in Lettere di revisione fisica . + Esplora ulteriormente

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