Sviluppato un metodo con cui un computer quantistico può passare avanti e indietro tra due codici di correzione e quindi eseguire tutte le operazioni di calcolo protette dagli errori
Anche i computer commettono errori. Questi vengono solitamente soppressi da misure tecniche o rilevati e corretti durante il calcolo. Nei computer quantistici, ciò comporta un certo sforzo, poiché non è possibile fare una copia di uno stato quantistico sconosciuto. Ciò significa che lo stato non può essere salvato più volte durante il calcolo e un errore non può essere rilevato confrontando queste copie. Ispirata dall'informatica classica, la fisica quantistica ha sviluppato un metodo diverso in cui le informazioni quantistiche vengono distribuite su diversi bit quantistici aggrovigliati e archiviate in modalità ridondante.
Il modo in cui ciò avviene è definito nei cosiddetti codici di correzione. Nel 2022, un team guidato dal dottor Thomas Monz (1) del Dipartimento di fisica sperimentale dell'Università di Innsbruck e il dottor Markus Müller del Dipartimento di informazione quantistica presso RWTH Aachen e il Peter Grünberg Institute presso il Forschungszentrum Jülich in Germania ha implementato un set universale di operazioni su bit quantistici 'fault-tolerant' (2), dimostrando come un algoritmo può essere programmato su un computer quantistico in modo che gli errori possano essere corretti in modo efficiente.
Tuttavia, diversi codici di correzione degli errori quantistici presentano anche diverse difficoltà. Un teorema afferma che nessun codice di correzione può implementare facilmente tutte le operazioni di gate richieste per calcoli liberamente programmabili con i bit quantistici logici e protetti dagli errori.
Le porte quantistiche sono realizzate con diversi codici di correzione
Per aggirare questa difficoltà, il gruppo di ricerca di Markus Müller ha stabilito un metodo che consente al computer quantistico di passare avanti e indietro tra due codici di correzione in modo tollerante agli errori. «In questo modo, il computer quantistico può passare al secondo codice ogni volta che una porta logica difficile da realizzare appare nel primo codice. Ciò semplifica l'implementazione di tutte le porte necessarie per l'elaborazione», spiega Friederike Butt (3), una studentessa di dottorato nel gruppo di ricerca di Markus Müller.
Ha sviluppato i circuiti quantistici su cui si basa l'esperimento e li ha implementati in stretta collaborazione con il gruppo di ricerca di Thomas Monz a Innsbruck. «Insieme, siamo riusciti per la prima volta a realizzare un set universale di porte quantistiche su un computer quantistico a trappola ionica utilizzando due codici di correzione degli errori quantistici combinati», afferma lo studente di dottorato Ivan Pogorelov del gruppo di ricerca di Innsbruck.
«Questo risultato si basa sulla nostra pluriennale buona collaborazione con il team di Markus Müller», afferma Thomas Monz, che conosce il fisico teorico dai suoi studi di dottorato presso l'Università di Innsbruck.
I risultati dello studio attuale sono stati pubblicati sulla rivista Nature Physics. La ricerca è stata sostenuta finanziariamente, tra gli altri, dall'Austrian Science Fund FWF, dall'Austrian Research Promotion Agency FFG, dalla DFG tedesca, dal Bavarian State Government, dall'Unione Europea e dalla Federation of Austrian Industries Tyrol.
Riferimenti:
(1) Thomas Monz
(2) Error-Free Quantum Computing Gets Real
(3) Avoiding errors: how quantum operations are being improved
Descrizione foto: Il computer quantistico di Innsbruck calcola con algoritmi che commutano avanti e indietro tra due diversi codici di correzione degli errori quantistici per realizzare operazioni di calcolo con correzione degli errori. - Credit: Helene Hainzer.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Calculating error-free more easily with two codes