Ricercatori di Sussex sviluppano una tecnica per isolare i quantum computer dalle interferenze ambientali

Un gruppo di scienziati, guidati dal prof. Winfried Hensinger all’Università di Sussex (in Inghilterra), ha ottenuto un importante risultato in merito ad uno dei più importanti problemi del mondo del Quantum Computing: come riuscire a ridurre gli effetti delle interferenze ambientali in modo da rendere fattibile la realizzazione di un computer quantistico su larga scala.

Nel mondo reale le tecnologie che vengono sviluppate devono essere in grado di operare in condizioni non perfette; tutto quello che può essere testato con successo all’interno di un laboratorio (in condizioni controllate), può miseramente fallire quando si scontra con le condizioni ambientali reali (ad esempio, la fluttuazione della tensione di un componente elettronico o le interferenze elettromagnetiche prodotte dai dispositivi che usiamo ogni giorno).

Il gruppo di ricercatori dell’Università di Sussex specializzato nelle tecnologie quantistiche applicate agli ioni (Ion Quantum Technology) è riuscito a ridurre drasticamente gli effetti del “rumore” ambientale che affligge i computer quantistici basati sugli ioni intrappolati. Lo studio in questione è stato pubblicato all’inizio del mese di novembre di quest’anno (2018) sulla prestigiosa rivista scientifica Physical Review Letters.

Questo significa, che il gruppo di scienziati è più vicino alla costruzione di un computer quantistico su larga scala con la capacità di risolvere importanti problemi reali.

I computer quantistici su piccola scala attualmente disponibili contengono solo una manciata di qubit e, sono abbastanza piccoli da poter essere utilizzati in un ambiente altamente controllato all’interno di un laboratorio specializzato. Tuttavia, tali macchine non hanno la potenza di elaborazione richiesta per risolvere problemi complessi a causa del loro numero limitato di qubit.

Quando verranno costruiti, i computer quantistici su larga scala saranno in grado di risolvere alcuni problemi che anche i supercomputer più potenti impiegherebbero milioni di anni a calcolare. Per poter ottenere un computer quantistico con tali capacità, gli scienziati devono necessariamente incrementare il numero di qubit, che in definitiva porta ad aumentare le dimensioni del computer stesso. Il problema però è che, più qubit si aggiungono, più difficile diventa l’isolamento del computer dai disturbi ambientali che distruggono il delicato processo di computazione.

Il team di fisici dell’Università di Sussex, guidati dal prof.Hensinger, ha ottenuto un importante risultato che consente di ridurre considerevolmente alcuni di questi problemi. Il team di Sussex ha collaborato con il fisico teorico, Dr. Florian Mintert, e con i suoi colleghi dell’Imperial College di Londra, che hanno proposto una teoria in grado di risolvere il problema sfruttando gli “strani” effetti quantistici utilizzati in un computer quantistico.

La teoria consente (facendo uso delle “strane” proprietà della meccanica quantistica) di eseguire le computazioni quantistiche in un modo tale che, cambiamenti nei parametri operativi iniziali della macchina non portano a modifiche sostanziali nei risultati finali del calcolo. Tutto questo aiuta ad isolare il computer quantistico dagli effetti delle interferenze ambientali.

Il Dr. Sebastian Weidt, ricercatore esperto del ‘Sussex Ion Quantum Technology Group’, spiega il significato del loro lavoro: “L’implementazione di questa tecnica potrebbe avere un impatto significativo sulla capacità di sviluppare un computer quantistico commerciale che usi la tecnologia degli ioni intrappolati (ion trap quantum computer), consentendo, in tal modo, l’utilizzo al di fuori dei laboratori di ricerca

Il team di Sussex si è messo al lavoro per verificare se fosse possibile implementare realmente questa teoria. Utilizzando una complicata combinazione di radiofrequenze ( microonde), in grado di manipolare gli effetti quantistici degli ioni (atomi carichi elettricamente), hanno provato a dimostrare la teoria con una serie di esperimenti.
La tecnologia sfruttata negli esperimenti è quella delle microonde che utilizziamo quotidianamente nelle comunicazioni dei telefoni cellulari. Dopo mesi di intenso lavoro in laboratorio, gli scienziati di Sussex sono riusciti a controllare efficacemente questa metodologia, dimostrando che è realmente in grado di ridurre sostanzialmente gli effetti del “rumore” ambientale in un computer quantistico a ioni intrappolati.

Il prof. Hensinger, capo dello Ion Quantum Technology Group presso l’Università di Sussex – che l’anno scorso ha presentato il primo progetto per un computer quantistico su larga scala – dice: “Con questo lavoro abbiamo fatto un altro passo avanti verso la costruzione di computer quantistici in grado di ospitare milioni di qubit.

“Queste macchine sono potenzialmente in grado di risolvere alcuni problemi che anche sul più veloce supercomputer potrebbero richiedere miliardi di anni di calcoli. Possono essere di grande beneficio per l’umanità, aiutandoci a creare nuovi farmaci e a trovare nuove cure per le malattie; tra le molte applicazioni, si potrebbero creare nuovi strumenti per il settore finanziario, e consentire una produzione più efficiente di fertilizzanti, favorendo lo sviluppo dell’’agricoltura.”

Stiamo iniziando a comprendere, solo ora,  le incredibili potenzialità di queste macchine”.

Il gruppo del prof.Hensinger sta ora utilizzando questa nuova tecnica per dare il tocco finale a un potente prototipo di computer quantistico che è attualmente nel loro laboratorio presso l’Università di Sussex.

Il prof.Hensinger afferma: “È giunto il momento di tradurre i risultati accademici nella costruzione di macchine di utilizzo pratico. Siamo in una posizione fantastica per farlo qui a Sussex e il mio team lavora 24 ore su 24 per fare della computazione quantistica su larga scala una futura realtà“.

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