Ricercatori di Yale “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”, su richiesta, di una porta quantistica tra due qubit. Il lavoro è stato pubblicato, lo scorso 5 settembre, su Nature.

Il principio chiave alla base di questo nuovo lavoro è il teletrasporto quantistico, una caratteristica peculiare della meccanica quantistica che è già stata utilizzata per trasmettere stati quantistici tra due parti arbitrariamente lontane. Utilizzando un protocollo teorico sviluppato negli anni ’90, a Yale hanno dimostrato sperimentalmente l’esecuzione di un’operazione quantistica (quantum gate), senza fare affidamento su interazioni dirette. Le porte quantistiche sono necessarie per la computazione quantistica che sfrutta le reti di sistemi separati – un’architettura che i ricercatori affermano che possa essere utilizzata per eliminare gli errori commessi dagli attuali processori quantistici.

Construction of a modular architecture and teleported CNOT gate

Construction of a modular architecture and teleported CNOT gate

Il team di ricerca di Yale guidato da Robert Schoelkopf e dall’ex studente Kevin Chou sta lavorando ad un approccio modulare alla computazione quantistica. La modularità, come affermato dai ricercatori, è una strategia potente per la costruzione di sistemi complessi e di grandi dimensioni. L’architettura modulare è comune nei sistemi biologici (basta osservare la struttura di una cellula per rendersene conto), e la possiamo ritrovare nei sistemi più complessi sviluppati dall’uomo (basti pensare alla complessa architettura modulare del Falcon Heavy, l’ultimo razzo sviluppato da SpaceX).

Un‘architettura quantistica modulare è costituita da una serie di moduli, realizzati con piccoli processori quantistici, collegati tra di loro in una rete più grande.

I moduli di questa architettura hanno un naturale isolamento l’uno dall’altro, riducendo in tal modo le interazioni indesiderate (problema che affligge le attuali architetture monolitiche). Riuscire ad eseguire le operazioni quantistiche tra questi moduli separati costituisce però una sfida decisiva per il successo di questo tipo di architettura. Secondo i ricercatori, le porte quantistiche teletrasportate costituiscono il modo per realizzarle.

Nel nostro lavoro, è la prima volta che questo protocollo ,- ha affermato Chou– viene sperimentato in un contesto dove la comunicazione classica avviene in tempo reale, permettendoci di implementare un’operazione ‘deterministica’ che viene eseguita ogni volta che viene richiesta”.

I computer quantistici, esenti da errori, hanno la potenzialità di raggiungere velocità di calcolo che sono di molti ordini di grandezza superiori a quelli degli attuali supercomputer. A Yale sono in prima linea negli sforzi per sviluppare i primi computer quantistici utili e hanno svolto un lavoro pionieristico nel calcolo quantistico con circuiti superconduttori.

La computazione quantistica viene eseguita mediante i “delicati” qubit, molto sensibili alle perturbazioni ambientali. Nei sistemi quantistici sperimentali, i qubit logici vengono monitorati da qubit ancilla per monitorare 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 delle informazioni quantistiche usando qubit corretti dagli errori.