Come creare un computer quantistico

Una matrice a 5 qubit

Un computer quantistico totalmente funzionante è uno dei sacri graal della fisica. A differenza dei computer tradizionali, la versione quantistica utilizza qubit ( quantum bit ), che fanno uso diretto dei molteplici stati di fenomeni quantistici. Quando sarà realizzato, un computer quantistico sarà milioni di volte più potente in determinati calcoli dei supercomputer di oggi. Un gruppo di fisici dell’università di Santa Barbara ha fatto un passo avanti per rendere una realtà, un computer quantistico dimostrando un nuovo livello di affidabilità lavorando su una matrice di cinque qubit. Essa si basa su aspetti della meccanica quantistica come la sovrapposizione . Questa nozione ritiene che ogni oggetto fisico , ad esempio un atomo o elettrone – che i computer quantistici usano per memorizzare informazioni - può esistere in tutti i suoi stati teorici simultaneamente . Questo potrebbe richiedere il calcolo parallelo a nuove altezze ."L’ hardware Quantum è molto , molto inaffidabile rispetto all’hardware classico ,- afferma Austin Fowler , scienziato del dipartimento di fisica- , il cui lavoro teorico ha ispirato gli esperimenti del gruppo Martinis . Anche il miglior hardware all’attuale stato dell’arte non è affidabile .Questo lavoro mostra che per la prima volta è stata raggiunta l'affidabilità. "Mentre il gruppo Martinis ha dimostrato operazioni logiche alla soglia, la matrice deve operare sotto la soglia per fornire un margine di errore accettabile . " I qubit sono difettosi, quindi la correzione degli errori è necessaria ", ha detto il dottorando Julian Kelly, lavorando sulla matrice di cinque qubit."Dobbiamo migliorare e vorremmo scalare fino a lavorare con sistemi più grandi, - ha detto Rami Barends, borsista post dottorato con il gruppo- la fisica intrinseca di controllo e di attacco non dovrà cambiare, ma l’ingegneria intorno ad esso sarà una grande sfida . "La configurazione unica dei risultati di matrice del gruppo è dipesa dalla flessibilità della geometria a livello di superconduttori, permettendo agli scienziati di creare qubit a forma di croce, chiamati Xmons. La superconduttività risulta quando alcuni materiali sono raffreddati a un livello critico, rimuovendo resistenza elettrica ed eliminando campi magnetici. Il team ha scelto di mettere cinque Xmons in una singola riga, con ogni qubit a colloquiare con il suo vicino più prossimo, un accordo semplice ma efficace. Motivato da questo lavoro teorico, – ha dichiarato John Martinis del dipartimento di Fisica dell’University della California - abbiamo cominciato davvero a pensare seriamente a quello che abbiamo dovuto fare per andare avanti. C’è voluto un po’ per capire come sia stato semplice, e semplice, alla fine, era davvero il percorso migliore .” "Se si vuole costruire un computer quantistico , è necessario disporre-ha detto Fowler - di un array bidimensionale di tali qubit , e il tasso di errore dovrebbe essere al di sotto dell'1 per cento. Se possiamo ottenere un ordine di grandezza inferiore - nella zona di 10-3 o 1 su 1.000 per tutti i nostri cancelli - i nostri qubit potrebbero diventare commercialmente fattibili ma ci sono diversi problemi che devono essere ancora risolti. Ci sono più frequenze di preoccuparsi ed è certamente vero che è tutto più complesso . Tuttavia, la fisica non è diversa . Secondo Martinis, era il codice di superficie di Fowler che indicava la strada, fornendo l'architettura necessaria per mettere i qubit insieme in un certo modo . " Tutto d'un tratto, si sapeva esattamente cos’era -ha detto Martinis - che volevamo costruire, proprio a causa del codice superficie, anche se c’è voluto un duro lavoro per capire come piazzare i qubit insieme e controllarli in modo corretto. La cosa sorprendente è che tutte le nostre speranze di quanto bene avrebbero funzionato si sono avverate . “