Parecchio lavoro per riuscire a produrre computers quantistici

Quando gli scienziati riusciranno a sviluppare un computer quantistico completo, il mondo dell'informatica subirà una rivoluzione di sofisticazione, per la velocità e l'efficienza energetica che produrrà.

Ma, prima che ciò accada, i fisici quantistici come John Martinis  professore di fisica della UC Santa Barbara , dovranno creare circuiti per sfruttare la meravigliosa abilità di calcolo promesso dal bit quantistici ("qubit"),

e compensare la sua alta vulnerabilità.

In una tappa importante, i ricercatori del Martinis Lab hanno sviluppato un circuito di qualità che auto-controlla gli errori e li sopprime, conservando lo stato (s) dei qubit 'e impregnando il sistema e una volta ottenuta l'affidabilità, questa sarà fondamentale per la costruzione di grandi computer superconduttori- quantistici.

Si scopre che mantenere qubits, abbastanza stabili da riprodurre lo stesso risultato nel tempo e più volte senza errori, è uno dei maggiori ostacoli per gli scienziati, sulla prima linea del fronte quantum-computing.

"Una delle maggiori sfide nel quantum computing è che i qubit sono intrinsecamente difettosi,- ha detto Julian Kelly, autore di un apposita ricerca - quindi, se si memorizzano alcune informazioni in loro, fanno presto a dimenticare."

A differenza dell’informatica classica, in cui esistono i bit di computer su uno dei due binari ("sì / no" o "falsi / veri") posizione, i qubit possono esistere in ogni e tutte le posizioni contemporaneamente e, in varie dimensioni. E 'questa proprietà, denominata "superpositioning," che dà  ai computer quantistici la loro fenomenale potenza di calcolo, ma è anche questa caratteristica che rende qubit inclini a "flipping", soprattutto quando si è in ambienti instabili, e quindi difficile da lavorare.

"E 'difficile  elaborare le informazioni se queste scompaiono,- ha detto Kelly - tuttavia, tale ostacolo può solo essere stato eliminato da Kelly, sostiene al riguardo, il ricercatore Rami Barends, scienziato del gruppo Austin Fowler e altri del gruppo Martinis.

Il processo di errore comporta la creazione di uno schema in cui molti qubit lavorano

Qubits al lavoro

insieme per conservare le informazioni, ha detto Kelly. Per fare questo, le informazioni sono memorizzate in diversi qubit.

"Costruiamo un sistema di nove qubit, in grado di cercare gli errori, ha proseguito Kelly -   ma i qubit nella griglia sono responsabili della salvaguardia delle informazioni contenute nei loro vicini, in un sistema di rilevamento e correzione degli errori ripetitivo, cioè che può proteggere le informazioni appropriate e conservarle più a lungo di qualsiasi qubit a livello individuale.

"E’ la prima volta che è stato costruito un dispositivo quantum in grado di correggere i propri errori, dice Fowler - per calcoli complessi i ricercatori prevedono per un computer a vero e proprio quantum, qualcosa come un un centinaio di milioni di qubit, ma prima è necessario un sistema robusto di auto-controllo e di prevenzione degli errori”.

La chiave di questo sistema di rilevamento e correzione degli errori quantistici è uno schema sviluppato da Fowler, chiamato “codice superficie”. Utilizza informazioni di parità - la misurazione del cambiamento dei dati originali (se presente) - rispetto alla duplicazione delle informazioni originali che fa parte del processo di rilevazione di errore nei calcoli classici. In questo modo, le informazioni originali effettive conservate nei qubit rimangono inosservate.

«Non è possibile misurare uno stato quantico, che  aspetta di essere ancora quantistico,- ha spiegato Barends - in quanto l'atto stesso di misura blocca il qubit in un singolo stato e poi perde il suo potere superpositioning. Pertanto, un qualcosa di simile a un puzzle Sudoku, i valori di parità di qubit di dati in un array di qubit,sono presi da qubit di misurazione adiacenti, che essenzialmente valutano le informazioni nei qubit dati, misurandoli intorno a loro.

"Così si tirano fuori solo informazioni sufficienti per rilevare gli errori, -ha detto Kelly - ma non abbastanza per distruggere il “quantum-ness ".Questo sviluppo rappresenta il risultato del lavoro tra i migliori scienzati, dietro il fisico e il teorico in quantum computing - l'ultima stabilizzazione dei qubit e i progressi negli algoritmi dietro la logica della computazione quantistica."E 'una pietra miliare, -ha detto Barends - perché significa che le idee formulate dalle persone per decenni sono in realtà fattibili in un vero e proprio sistema."Il gruppo Martinis continua a raffinare la sua ricerca per lo sviluppo di questo nuovo importante strumento. Questo particolare correzione degli errori quantici è stato dimostrata per la protezione contro l'errore "bit-flip", tuttavia i ricercatori puntano a correggere l'errore complementare chiamato "fase-flip", oltre a gestire i cicli di correzione degli errori per periodi più lunghi e quindi vedere quali comportamenti potrebbero emergere.