La potenza di calcolo delle moderne macchine quantistiche è relativamente bassa e non è facile aumentarla. I fisici austriaci hanno presentato una nuova architettura per un computer quantistico universale che supera i limiti esistenti e può diventare la base di una nuova generazione di computer quantistici.
I bit quantistici, o qubit, svolgono due funzioni contemporaneamente: agiscono come unità di calcolo e memoria. Poiché le informazioni quantistiche non possono essere copiate, non possono essere archiviate in memoria, come in un computer classico. A causa di questa limitazione, tutti i qubit devono essere in grado di interagire tra loro. Questo requisito ostacola l'emergere di potenti macchine quantistiche.
Nel 2015, il fisico teorico Wolfgang Lechner, insieme a Philipp Hauke e Peter Zoller, ha proposto una nuova architettura per i computer quantistici, che da loro è stata chiamata "architettura LHZ". È stato progettato per ottimizzare queste macchine informatiche. I qubit fisici in questa architettura non rappresentano i singoli bit, ma codificano il loro accordo relativo. Ciò significa che non tutti i qubit ora devono interagire tra loro, ha spiegato Lechner. Insieme al suo team, ha dimostrato che questo concetto di parità si applica anche al computer quantistico universale.
"I computer quantistici esistenti stanno già andando molto bene con tali operazioni su piccola scala", ha affermato Michael Felner, uno dei ricercatori. "Tuttavia, con l'aumentare del numero di qubit, diventa sempre più difficile implementare tali operazioni logiche".
In due pubblicazioni, scienziati austriaci hanno dimostrato che la nuova architettura consente, ad esempio, di eseguire trasformate quantistiche di Fourier - un elemento fondamentale di molti algoritmi quantistici - molto più velocemente. "L'elevato parallelismo della nostra architettura significa che, ad esempio, il noto algoritmo Shor per la fattorizzazione può essere eseguito in modo estremamente efficiente", ha affermato Felner.
La nuova idea consente anche un'efficiente correzione degli errori. Di solito, vengono allocate risorse serie per proteggere le informazioni quantistiche dalle interferenze, a causa delle quali i requisiti per il numero di qubit dell'intero sistema aumentano notevolmente. Il modello proposto implementa una correzione degli errori in due fasi, con un tipo di errore prevenuto dall'hardware e l'altro corretto con metodi software. Ciò consentirà in futuro di creare una nuova generazione di computer quantistici universali.
I ricercatori di D-Wave Systems e vari centri di ricerca in Canada, Stati Uniti e Giappone hanno simulato per la prima volta una transizione di fase quantistica in un modello Ising unidimensionale programmabile per 2000 qubit alla volta. Conducendo tali esperimenti, gli scienziati stanno cercando di valutare realisticamente le possibilità di questa tecnologia nel contesto del prossimo futuro.
2022-11-01 16:36:42
Autore: Vitalii Babkin