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I ricercatori di Google rendono i componenti di calcolo quantistico più affidabili
Una soluzione a uno dei problemi chiave che frena lo sviluppo dei computer quantistici è stata dimostrata dai ricercatori di Google e dell'Università della California, Santa Barbara. Molti altri problemi restano da risolvere, ma gli esperti del settore affermano che si tratta di un passo importante verso un computer quantistico completamente funzionante. Una macchina del genere potrebbe eseguire calcoli che richiederebbero milioni di anni per essere completati da un computer convenzionale.
I ricercatori di Google e dell'Università della California, Santa Barbara, hanno utilizzato questo chip per dimostrare un metodo cruciale necessario per rendere affidabili i computer quantistici.
I ricercatori di Google e dell'UCSB hanno dimostrato di poter programmare gruppi di qubit, dispositivi che rappresentano informazioni utilizzando la fragile fisica quantistica, per rilevare determinati tipi di errore e impedire che tali errori rovinino un calcolo. Il nuovo progresso arriva dai ricercatori guidati da John Martinis, professore all'Università della California, Santa Barbara, che l'anno scorso si è unito a Google per creare un laboratorio di ricerca sull'informatica quantistica (vedi Google Launches Effort to Build its Own Quantum Computer). Martinis ora detiene una posizione congiunta tra UCSB e Google, guidando il lavoro sui chip di alluminio superconduttori che funzionano a una frazione di grado sopra lo zero assoluto. La maggior parte del lavoro dietro i nuovi risultati, riportato oggi nel diario Natura , ha avuto luogo prima che Martinis entrasse a far parte di Google.
Google esplora l'informatica quantistica dal 2009, quando ha iniziato a collaborare con D-Wave Systems, una startup che vende quello che chiama il primo computer quantistico commerciale (vedi The CIA e Jeff Bezos Bet on Quantum Computing). Microsoft ha anche un considerevole programma di ricerca sull'informatica quantistica (vedi Quantum Mechanics di Microsoft).
Per realizzare un computer quantistico è necessario collegare insieme molti qubit per lavorare insieme sulle informazioni. Ma i dispositivi sono soggetti a errori perché rappresentano bit di dati - 0 e 1 - utilizzando delicati effetti quantomeccanici rilevabili solo a temperature super-fredde e scale minuscole. Ciò consente ai qubit di ottenere stati di sovrapposizione che sono effettivamente sia 1 che 0 allo stesso tempo, consentendo ai computer quantistici di prendere scorciatoie attraverso calcoli complessi. Li rende inoltre vulnerabili al calore e ad altri disturbi che distorcono o distruggono gli stati quantistici utilizzati per codificare le informazioni ed eseguire calcoli.
Gran parte della ricerca sull'informatica quantistica si concentra sul tentativo di ottenere sistemi di qubit per rilevare e correggere gli errori. Il gruppo di Martinis ha dimostrato un pezzo di uno degli schemi più promettenti per farlo, un approccio noto come codici di superficie. I ricercatori hanno programmato un chip con nove qubit in modo che si monitorassero a vicenda per errori chiamati bit flip, in cui il rumore ambientale fa cambiare 1 a 0 o viceversa. I qubit non potevano correggere i salti di bit, ma potevano agire per assicurarsi che non contaminassero le fasi successive di un'operazione.
È necessario lavorare ancora prima di poter dire che tutti gli elementi richiesti per il calcolo quantistico tollerante agli errori sono a posto, ma penso che questo lavoro dimostri che siamo vicini, afferma Daniel Gottesman, che lavora sulla correzione dell'errore quantistico al Istituto perimetrale a Waterloo, Ontario.
Gli elementi ancora richiesti non sono però banali. I salti mortali che Martinis e colleghi hanno affrontato possono essere affrontati utilizzando algoritmi classici che funzionano su un computer convenzionale. Un tipo di errore più complicato, in cui una proprietà quantistica di un qubit nota come fase viene alterata dal rumore ambientale, può essere affrontato solo utilizzando algoritmi più complessi che sfruttano gli effetti quantistici. Austin Fowler, un ingegnere di elettronica quantistica di Google, afferma che il gruppo sta ora lavorando su questo e sulla dimostrazione del controllo degli errori su più di nove qubit.
Tuttavia, i recenti risultati di Martinis e altri rendono Gottesman ottimista sul fatto che l'intera serie di tecniche di correzione degli errori sia a portata di mano. Penso che ci siano buone possibilità di assistere a una tale dimostrazione da parte di qualcuno, forse il gruppo Martinis, nei prossimi anni, dice.