Un gruppo di ricercatori universitari ha dimostrato assieme a Google un’importante soluzione ad alcuni errori della computazione quantistica.
di Rachel Metz
Alcuni ricercatori di Google e dell’Università della California a Santa Barbara hanno utilizzato questo chip per dimostrare un metodo fondamentale per rendere i computer quantistici più affidabili.
Una soluzione a uno dei problemi cruciali che stanno ostacolando lo sviluppo dei computer quantistici è stata dimostrata da alcuni ricercatori di Google e dell’Università della California a Santa Barbara. Restano da risolvere ancora diversi problemi, ma gli esperti del settore sostengono che questo sia un importante passo verso la creazione di un computer quantistico completamente operativo. Una macchina del genere potrebbe eseguire calcoli che un computer convenzionale impiegherebbe milioni di anni a ultimare.
I ricercatori di Google e della UCSB hanno dimostrato di poter programmare gruppi di qubit – dispositivi che rappresentano le informazioni ricorrendo a una fragile fisica quantistica – affinché rilevino particolari forme di errore e impediscano che questi errori disturbino i calcoli. Questo sviluppo origina da un gruppo guidato da John Martinis, un professore dell’Università della California a Santa Barbara, che lo scorso anno si è unito a Google per allestire un laboratorio di ricerca per la computazione quantistica (vedi “Google Launches Effort to Build Its Own Quantum Computer“). Martinis regge una posizione congiunta fra la UCSB e Google, guidando la ricerca sui chip superconduttori in alluminio che operano ad una frazione di un grado sopra lo zero assoluto. La maggior parte del lavoro dietro questi nuovi risultati, riportato ieri sul giornale Nature è stata condotta prima che Martinis si unisse a Google.
Google sta esplorando la computazione quantistica dal 2009, quando ha cominciato a collaborare con la D-Wave Systems, una startup che vende quello che descrive come “il primo computer quantistico sul mercato” (vedi “The CIA and Jeff Bezos Bet on Quantum Computing“). Anche Microsoft ha un programma di ricerca nella computaizone quantistica di discrete dimensioni (vedi “Il Qubit di Microsoft“).
Per realizzare un computer quantistico occorre collegare fra loro molti qubit affinché lavorino assieme alle informazioni. I dispositivi sono però soggetti agli errori perché rappresentano le porzioni di dati – gli 0 e gli 1 – utilizzando delicati effetti di meccanica quantistica che sono rilevabili esclusivamente alle basse temperature e in scale ridotte.
Questo permette ai qubit di raggiungere uno “stato di sovrapposizione” per cui risultano essere 1 e 0 allo stesso tempo, il che permette ai computer quantistici di prendere delle scorciatoie nei calcoli complessi. Allo stesso tempo, i computer quantistici sono vulnerabili al calore e ad altri disturbi che distorcono o distruggono gli stati quantistici utilizzati per codificare le informazioni ed eseguire calcoli.
Gran parte della ricerca nella computazione informatica si concentra sulla possibilità di permettere ai qubit di individuare e risolvere gli errori. Il gruppo di martini ha dimostrato parte di uno degli schemi più promettenti per riuscirvi, un approccio conosciuto come codice di superficie. I ricercatori hanno programmato un chip con nove qubit affinché monitorassero degli errori denominati “bit flip”, in cui i rumori ambientali provocano l’inversione di uno 0 in un 1 o vice versa. I qubit non sono riusciti a correggere i flip, ma hanno assicurato che questi non contaminassero passaggi successivi dell’operazione.
“Resta ancora molto lavoro da fare prima che la computazione quantistica a prova di errore diventi realtà, ma credo che questo lavoro mostri che siamo a buon punto”, ha detto Daniel Gottesman, che lavora alla correzione degli errori quantistici presso il Perimeter Institute di Waterloo, in Ontario.
Gli elementi ancora necessari non sono semplici. I bit flip che Martinis e i suoi colleghi hanno affrontato possono essere risolti utilizzando algoritmi classici che operano su un computer convenzionale. Un errore più complesso, in cui una proprietà quantistica di un qubit conosciuta come “fase” è alterata da un rumore ambientale, può essere solamente risolta utilizzando algoritmi più complessi che sfruttano effetti quantistici. Austin Flower, un ingegnere di elettronica quantistica di Google, sostiene che il gruppo stia ora lavorando per risolvere questo problema e dimostrare il controllo degli errori con più di nove qubit.
Nonostante ciò, visti gli sviluppi recenti, Gottesman è convinto che un insieme completo di tecniche per la correzione degli errori sia prossimo ad essere ultimato. “Credo che vi siano buone probabilità di assistere a una dimostrazione, magari da parte del gruppo di Martinis, nel giro dei prossimi cinque anni”, dice.
(MO)
