Nuove opzioni per la codifica dei computer quantistici

Il teorico e sviluppatore dell'algoritmo quantistico PNNL Nathan Wiebe sta applicando idee dalla scienza dei dati e dagli hack di gioco al calcolo quantistico. Tutti coloro che lavorano su computer quantistici sanno che i dispositivi sono soggetti a errori. L'unità base della programmazione quantistica - la porta quantistica - fallisce circa una volta ogni cento operazioni. E quel tasso di errore è troppo alto. Nathan Wiebe di PNNL sta anticipando la scrittura di codice che è sicuro che verrà eseguito su computer quantistici quando saranno pronti. Professore di fisica all'Università di Washington, Wiebe sta formando la prossima generazione di teorici e programmatori di calcolo quantistico. Lamenta che "c'è un abisso così grande tra dove siamo adesso e dove dobbiamo essere, ma altrettanto rapidamente, elimina i dubbi e spiega che "siamo già nel punto in cui stiamo facendo cose che sono davvero interessanti”. È questa mentalità all'avanguardia che lo ha collocato come leader globale nello sviluppo di algoritmi quantistici . La codifica per computer quantistici richiede sbalzi di immaginazione che possono essere scoraggianti su un livello, ma Wiebe sottolinea che qualsiasi appassionato di Minecraft di 15 anni non avrebbe problemi a comprendere le basi di come funziona. Il popolare videogioco building block ha generato una comunità di programmatori entusiasti . L'universo di Minecraft ha le sue regole interne e alcune di esse non hanno del tutto senso - proprio come alcune delle regole dell'universo quantico non sembrano chiare, nemmeno ai fisici. Nonostante non capiscano perché le regole di Minecraft funzionano nel modo in cui funzionano, i giocatori imparano invece come funziona la fisica di Minecraft e come sfruttare tale conoscenza per svolgere compiti che i creatori di giochi potrebbero non aver inteso. I programmatori di computer quantistici hanno una sfida simile. Di fronte alle strane regole della meccanica quantistica, cercano di trovare modi creativi per "hackerarli" e costruire computer che, in alcuni casi, possono risolvere problemi trilioni di volte più veloci dei normali computer utilizzando effetti quantistici come l'interferenza e l' entanglement che ordinario mancanza di computer. “Su un computer quantistico, - secondo le informazioni di Wiebe- quando provi a misurare i bit quantistici, ritornano ai bit ordinari. Con un computer quantistico devi essere più sottile di quanto non faccia con i computer ordinari. Devi convincere le informazioni sul sistema senza danneggiare le informazioni che sono state codificate lì. "Abbiamo trovato strane regole della meccanica quantistica, -ha dettagliato- e solo ora ci stiamo chiedendo come possiamo sfruttare queste regole per permetterci di calcolare". Lo studio dell'efficienza dei motori termici ha rivelato la seconda legge della

termodinamica, come lo studio dell'informatica quantistica potrebbe rivelare una comprensione più profonda dei limiti che la fisica pone sulla nostra capacità di calcolo, nonché delle nuove opportunità che offre collaborare tra i campi. “L’informatica quantistica non è semplicemente fisica, -ha spiegato Wiebe- esiste nell'intersezione tra molti campi, tra cui fisica, informatica, matematica, scienza dei materiali e, sempre più, scienza dei dati.Come Watt e Carnot, -dice ancora Wiebe- non abbiamo necessariamente bisogno di catturare tutta la minutia che sta accadendo all'interno del sistema. "Una delle prime utili tecnologie quantistiche è quella dei sensori quantistici, dispositivi che usano segnali quantici per misurare parametri come la temperatura e i campi magnetici. Wiebe ha lavorato con un team internazionale di colleghi per applicare le tecniche di apprendimento automatico a un problema delicato nel rilevamento quantico. I biologi vogliono usare questi sensori per misurare ciò che accade all'interno delle singole cellule. I sensori sono fatti di diamanti con alcuni difetti che possono essere utilizzati per inviare segnali quantici. Il problema è che, a temperatura ambiente, i segnali del sensore quantistico contengono troppi errori per essere pratici. Gli esperimenti sono positivi, a meno che il tutto non fosse raffreddato a temperature di elio liquido (-452,2 ° F), che ovviamente non è opportuna per le cellule viventi. Wiebe e colleghi hanno risolto il problema eseguendo gli esperimenti a temperatura ambiente e quindi applicando un algoritmo che utilizzava tecniche di analisi dei dati e apprendimento automatico per correggere il segnale soggetto a errori e rumoroso. “Abbiamo avuto, -ha poi spiegato - la stessa sensibilità dell'esperimento criogenico molto freddo senza costi aggiuntivi, affermando che applicare gli stessi principi potrebbe essere proprio la cosa necessaria per correggere porte quantistiche rumorose e soggette a errori. Wiebe, è fermamente convinto che rendere pratica l'informatica quantistica richiederà gli sforzi interdisciplinari combinati dei ricercatori in molti campi che imparano a parlare reciprocamente le lingue.” Se siamo in grado, -ha infine concluso-, di costruire un computer quantistico, allora abbiamo la capacità di risolvere problemi attualmente irrisolvibili in chimica e scienza dei materiali e fisica. La sfida impone entrambi limiti e offre nuove opportunità. Il calcolo quantistico ci obbliga a comprendere meglio cosa significa calcolare. "