I ricercatori della Yale University hanno dimostrato uno dei passaggi chiave nella progettazione di computer quantistici modulari: il deliberato "teletrasporto" di una porta quantistica tra due qubit.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature. Il principio principale di questo lavoro è il teletrasporto quantistico, una proprietà unica della meccanica quantistica precedentemente utilizzata per trasferire stati quantistici sconosciuti tra due parti senza inviare fisicamente lo stato stesso. Utilizzando un protocollo teorico sviluppato negli anni '90, gli scienziati di Yale hanno dimostrato sperimentalmente un'operazione quantistica - un cancello - senza interazioni dirette. Tali porte sono essenziali per il calcolo quantistico, che si basa su reti di singoli sistemi quantistici, un'architettura che molti ricercatori ritengono sia in grado di compensare gli errori inerenti al calcolo quantistico.
Un team guidato dal ricercatore capo Robert Schoelkopf e dall'ex studente laureato Kevin Chow sta esplorando un approccio modulare al calcolo quantistico. La modularità insita in tutto, dall'organizzazione della cellula biologica ai motori degli ultimi razzi di SpaceX, si è dimostrata una strategia efficace nella costruzione di sistemi grandi e complessi. Un'architettura modulare quantistica è costituita da un insieme di moduli che funzionano come piccoli processori quantistici collegati a una rete più ampia.
I moduli di questa architettura sono naturalmente isolati l'uno dall'altro, il che impedisce interazioni indesiderate tra sistemi più grandi. Tuttavia, questo isolamento complica anche le transazioni tra i moduli. I cancelli teletrasportati sono un modo per eseguire operazioni tra i moduli.
Una panoramica della rete dell'architettura quantistica modulare in un nuovo studio.
"Il nostro lavoro è stato la prima volta che è stato dimostrato questo protocollo, in cui la comunicazione classica avviene in tempo reale, il che consente un'operazione 'deterministica' che esegue ogni volta il processo necessario", afferma Chow.
I computer quantistici perfettamente funzionanti hanno il potenziale per raggiungere velocità computazionali di ordini di grandezza superiori a quelle dei supercomputer odierni. Gli scienziati di Yale sono in prima linea nella ricerca per sviluppare i primi computer quantistici completamente funzionali e hanno già svolto un lavoro rivoluzionario nel calcolo quantistico con circuiti superconduttori.
Il calcolo quantistico viene eseguito con bit di dati sensibili noti come qubit, che sono soggetti a errori. Nei sistemi quantistici sperimentali, i qubit "logici" sono controllati da qubit "ausiliari" per la registrazione e la correzione istantanea degli errori.
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"Il nostro esperimento è la prima dimostrazione di un'operazione a due qubit tra qubit logici", afferma Schoelkopf. "Questa è una pietra miliare nel percorso verso l'elaborazione delle informazioni quantistiche con qubit di correzione degli errori".
Vladimir Guillen
