Gli scienziati "teletrasportano" una porta quantistica

I ricercatori della Yale University hanno dimostrato uno dei passaggi chiave nella costruzione dell'architettura per computer quantistici modulari: il "teletrasporto" di una porta quantistica tra due qubit, su richiesta.Questa è una panoramica della rete dell'architettura quantistica modulare dimostrata nel nuovo studio.

 

Il principio chiave alla base di questo nuovo lavoro è il teletrasporto quantistico, una caratteristica unica della meccanica quantistica che è stata prima utilizzata per trasmettere stati quantici sconosciuti tra due parti senza inviare fisicamente lo stato stesso. Utilizzando un protocollo teorico sviluppato negli anni '90, a Yale hanno dimostrato sperimentalmente un'operazione quantistica, o "porta", senza fare affidamento su alcuna interazione diretta. Tali porte sono necessarie per il calcolo quantico che si basa su reti di sistemi quantici separati - un'architettura che molti ricercatori affermano possa compensare gli errori intrinseci ai processori di calcolo quantistico.

Lo Yale Quantum Institute, team di ricerca di Yale guidato da Robert Schoelkopf e dall'ex studente universitario Kevin Chou sta studiando un approccio modulare all'informatica quantistica. La modularità, che si trova in tutto, dall'organizzazione di una cellula biologica alla rete di motori nell'ultimo razzo SpaceX, è una strategia potente per la costruzione di sistemi complessi e di grandi dimensioni, affermano i ricercatori. Un'architettura quanto-modulare è costituita da una serie di moduli che funzionano come piccoli processori quantici collegati in una rete più grande.

I moduli in quest’architettura hanno un naturale isolamento l'uno dall'altro,  riducendo le interazioni indesiderate attraverso il sistema più grande. Quest’ isolamento rende anche le operazioni di esecuzione tra i moduli una sfida distinta, secondo i ricercatori. Le porte teleportate sono un modo per implementare le operazioni tra moduli.

"E’ la prima volta che questo protocollo ,- ha affermato Chou- è stato dimostrato dove la comunicazione classica avviene in tempo reale, permettendoci di implementare un'operazione 'deterministica' che esegue ogni volta l'operazione desiderata".

I computer quantistici completamente utili hanno il potenziale per raggiungere velocità di calcolo di ordini di grandezza più veloci rispetto ai super-computer attuali. A Yale sono in prima linea negli sforzi per sviluppare i primi computer quantistici pienamente utili e hanno svolto un lavoro pionieristico nel calcolo quantistico con circuiti superconduttori.

I calcoli quantici sono fatti tramite delicati bit di dati chiamati qubit, inclini a errori. Nei sistemi quantici sperimentali, i qubit "logici" sono monitorati da qubit "ancillari" per rilevare e correggere immediatamente gli errori. "Il nostro esperimento,- ha detto Schoelkopf-  è anche la prima dimostrazione di un'operazione a due qubit tra qubit logici. È una pietra miliare verso l'elaborazione d’informazioni quantistiche usando qubit corretti dagli errori."