Ci sono stati progressi significativi nel campo dell’informatica quantistica. I grandi attori globali, come Google e IBM, stanno già offrendo servizi di calcolo quantistico basati su cloud. Tuttavia, i computer quantistici non possono ancora risolvere i problemi che si verificano quando i computer standard raggiungono i limiti delle loro capacità perché la disponibilità di qubit o bit quantistici, ovvero le unità di base dell'informazione quantistica, è ancora insufficiente.
Uno dei motivi è che i qubit semplici non sono di utilizzo immediato per l’esecuzione di un algoritmo quantistico. Mentre i bit binari dei computer tradizionali memorizzano informazioni sotto forma di valori fissi pari a 0 o 1, i qubit possono rappresentare 0 e 1 contemporaneamente, mettendo in gioco la probabilità sul loro valore. Questo è noto come sovrapposizione quantistica.
Ciò li rende molto sensibili agli influssi esterni, il che significa che le informazioni che memorizzano possono andare perse facilmente. Per garantire che i computer quantistici forniscano risultati affidabili, è necessario generare un vero e proprio entanglement per unire più qubit fisici per formare un qubit logico. Se uno di questi qubit fisici dovesse guastarsi, gli altri qubit manterranno le informazioni. Tuttavia, una delle principali difficoltà che impediscono lo sviluppo di computer quantistici funzionali è l'elevato numero di qubit fisici richiesti.
Molti concetti diversi vengono impiegati per rendere praticabile il calcolo quantistico. Le grandi aziende attualmente si affidano, ad esempio, a sistemi superconduttori a stato solido, che però hanno lo svantaggio di funzionare solo a temperature prossime allo zero assoluto. I concetti fotonici, invece, funzionano a temperatura ambiente.
Qui i singoli fotoni solitamente fungono da qubit fisici. Questi fotoni, che sono, in un certo senso, minuscole particelle di luce, operano intrinsecamente più rapidamente dei qubit a stato solido ma, allo stesso tempo, si perdono più facilmente. Per evitare perdite di qubit e altri errori, è necessario accoppiare insieme diversi impulsi di luce a fotone singolo per costruire un qubit logico, come nel caso dell'approccio basato sui superconduttori.
I ricercatori dell’Università di Tokyo insieme ai colleghi dell’Università Johannes Gutenberg di Magonza (JGU) in Germania e dell’Università Palacký Olomouc nella Repubblica ceca hanno recentemente dimostrato un nuovo metodo per costruire un computer quantistico fotonico. Invece di utilizzare un singolo fotone, il team ha utilizzato un impulso luminoso generato dal laser che può essere costituito da diversi fotoni. La ricerca è pubblicata sulla rivista Science .
"Il nostro impulso laser è stato convertito in uno stato ottico quantistico che ci dà la capacità intrinseca di correggere gli errori", ha affermato il professor Peter van Loock dell'Università di Magonza. "Anche se il sistema è costituito solo da un impulso laser ed è quindi molto piccolo, in linea di principio può eliminare immediatamente gli errori." Pertanto, non è necessario generare singoli fotoni come qubit tramite numerosi impulsi luminosi e poi farli interagire come qubit logici.
"Abbiamo bisogno di un solo impulso luminoso per ottenere un qubit logico robusto", ha aggiunto van Loock. Per dirla in altre parole, in questo sistema un qubit fisico è già equivalente a un qubit logico:un concetto straordinario e unico. Tuttavia, il qubit logico prodotto sperimentalmente presso l’Università di Tokyo non era ancora di qualità sufficiente per fornire il livello necessario di tolleranza agli errori. Ciononostante, i ricercatori hanno chiaramente dimostrato che è possibile trasformare qubit non universalmente correggibili in qubit correggibili utilizzando i metodi ottici quantistici più innovativi.
Ulteriori informazioni: Shunya Konno et al, Stati logici per il calcolo quantistico tollerante agli errori con luce propagante, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adk7560
Olivier Pfister, Qubit senza qubit, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adm9946
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Università Johannes Gutenberg di Magonza
