I computer quantistici, pur avanzando rapidamente in dimensioni e potenzialità, si trovano ad affrontare un ostacolo critico: gli errori. Man mano che queste macchine diventano più potenti, il tasso di errori minaccia di renderle poco pratiche. Ora, i ricercatori hanno dimostrato un metodo per riciclare e riutilizzare i qubit, migliorandone l’affidabilità e rendendo più fattibili calcoli complessi.
Il problema degli errori nell’informatica quantistica
I computer quantistici esistenti hanno difficoltà con la precisione. Sono troppo soggetti a errori per eseguire calcoli utili nel mondo reale che superano i computer tradizionali. Mentre gli schemi di correzione degli errori sono in fase di sviluppo, rimane una sfida importante: creare un numero sufficiente di qubit di alta qualità per eseguire entrambi i calcoli e tenere traccia di tali errori.
L’approccio standard divide i qubit in due gruppi: quelli che manipolano i dati (i qubit computazionali) e quelli che monitorano gli errori (i qubit ancilla). Costruire abbastanza di entrambi i tipi è difficile. Una nuova strategia si concentra sulla riduzione del numero di qubit ancilla necessari riutilizzandoli ripetutamente.
Metodo di riciclaggio di Atom Computing
I ricercatori di Atom Computing hanno dimostrato che i qubit ancilla possono essere riciclati fino a 41 volte di seguito. Questo è fondamentale perché calcoli complessi richiedono molti cicli di correzione degli errori, il che significa che altrimenti sarebbe necessaria una fornitura costante di nuovi qubit. Il team, guidato da Matt Norcia, ha raggiunto questo obiettivo con atomi di itterbio raffreddati quasi allo zero assoluto utilizzando laser e impulsi elettromagnetici.
Hanno organizzato il loro computer quantistico in tre zone:
- Zona di calcolo: 128 qubit eseguono i calcoli.
- Zona di tracciamento degli errori: 80 qubit misurano e sostituiscono i qubit errati.
- Zona di archiviazione: 75 qubit vengono mantenuti pronti per il riutilizzo.
Questa configurazione consente al team di reimpostare i qubit ancilla o sostituirli con altri nuovi, se necessario.
Sfide e controllo di precisione
Il successo di questo metodo dipende dall’estrema precisione. La luce diffusa dai laser può interrompere la funzione dei qubit, quindi i ricercatori hanno sviluppato un controllo laser ottimizzato e regolato gli stati dei qubit dei dati per resistere alle interferenze indesiderate. Questo livello di controllo è vitale perché senza di esso, anche i calcoli più modesti richiederebbero milioni o miliardi di qubit, una richiesta impossibile per l’hardware attuale.
Implicazioni più ampie per il progresso quantistico
La capacità di riutilizzare i qubit non è limitata ad Atom Computing. Yuval Boger di QuEra sottolinea che questa capacità è di fondamentale importanza per il progresso dell’informatica quantistica. Altri ricercatori, compresi quelli di Harvard e del MIT, hanno utilizzato metodi simili con atomi di rubidio per mantenere calcoli quantistici per ore. Anche i computer quantistici basati su ioni, come la macchina Helios di Quantinuum, possono riutilizzare i qubit.
“Il riutilizzo di Ancilla non è più solo una caratteristica desiderabile; sta diventando una necessità per scalare l’informatica quantistica”, afferma Norcia.
Questa svolta rappresenta un passo fondamentale verso la costruzione di computer quantistici pratici e affidabili in grado di risolvere problemi oltre la portata delle macchine classiche.
