Un nuovo metodo basato su impulsi laser promette di creare qubit logici più stabili e resistenti, rivoluzionando l’informatica quantistica.
I qubit sono normalmente realizzati con metalli superconduttori e devono essere raffreddati quasi fino allo zero assoluto per evitare il collasso. Ma gli scienziati hanno appena progettato un “qubit logico” privo di errori da un singolo impulso laser – e esso funziona a temperatura ambiente.
Mentre nei computer classici i bit memorizzano le informazioni come 1 o 0, i qubit nei computer quantistici possono codificare le informazioni come una sovrapposizione di 1 e 0, il che significa che possono adottare entrambi gli stati contemporaneamente.
I computer quantistici promettono di superare di gran lunga i supercomputer odierni, elaborando calcoli con milioni di essi in tempi rapidissimi. Tuttavia, la tecnologia è ancora agli inizi, con i sistemi più avanzati che si limitano a circa 1.000 degli stessi.
La maggior parte dei qubit odierni si basa su metalli superconduttori, che necessitano di un raffreddamento quasi allo zero assoluto per raggiungere la stabilità e permettere l’operatività della meccanica quantistica. Tuttavia, questi sono molto sensibili a errori e interferenze. Se uno di essi fallisce durante un calcolo, i dati memorizzati vengono persi e l’intero processo viene compromesso.
Qubit logico: sfide e futuro del calcolo quantistico
Un modo per risolvere questo problema consiste nell’unirli insieme utilizzando l’entanglement quantistico, un effetto che Albert Einstein ha chiamato notoriamente “azione spettrale a distanza”. Un “qubit logico“ rappresenta un passo avanti fondamentale per la computazione quantistica. Questa innovativa tecnologia consiste nel collegare intrinsecamente gli stessi attraverso lo spazio e il tempo, facendoli condividere un unico stato quantistico. In questo modo, le informazioni non sono più memorizzate su un singolo, ma su tutti quelli che contengono il qubit logico.
La loro creazione rappresenta un passo avanti fondamentale per l’informatica quantistica, ma richiede ancora un numero elevato di qubit fisici. La società di calcolo quantistico QuEra e i ricercatori di Harvard, ad esempio, hanno recentemente dimostrato una svolta nella correzione degli errori quantistici utilizzando qubit logici.
I loro risultati, hanno aperto la strada a un computer quantistico con 10 qubit logici. Tuttavia, questo computer necessiterà di 256 degli stessi fisici per funzionare.
Per questo motivo, i ricercatori stanno cercando modi alternativi per crearli e hanno precedentemente dimostrato che è possibile creare un qubit fisico da un singolo fotone (particella di luce). Questo può funzionare anche a temperatura ambiente poiché non si basa sul modo convenzionale, il quale utilizza metalli superconduttori che necessitano di essere raffreddati. Tuttavia, essi sono ancora soggetti a guasti.
In un nuovo studio, gli scienziati hanno dimostrato che è possibile intrecciare con successo più qubit fotonici. Basandosi su questa ricerca, lo stesso team ha dimostrato che è possibile creare un qubit logico di fatto – che ha una capacità intrinseca di correzione degli errori – utilizzando un singolo impulso laser che contiene più fotoni impigliati per natura. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science.
Peter van Loock, Professore di ottica quantistica teorica all’Università Johannes Gutenberg di Magonza in Germania e coautore dello studio, ha dichiarato: “Il nostro impulso laser è stato convertito in uno stato ottico quantistico che ci dà una capacità intrinseca di correggere gli errori. 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.”
Sebbene i risultati siano promettenti, il nuovo qubit logico creato sperimentalmente non era abbastanza buono per raggiungere i livelli di correzione degli errori necessari per funzionare in un vero computer quantistico. Piuttosto, gli scienziati hanno affermato che questo lavoro mostra che è possibile trasformare gli stessi da correggibili a correggibili utilizzando metodi fotonici.
