Computer quantistici più vicini grazie ad una nuova scoperta

I computer quantistici potrebbero essere molto più facili da costruire rispetto a quanto si pensasse, perché possono già lavorare con un gran numero di componenti difettosi o addirittura mancanti, secondo uno studio pubblicato oggi sul Physical Review Letters. Questa sorprendente scoperta porta gli scienziati un passo avanti verso la progettazione e la costruzione di reali sistemi di computazione quantistica – i dispositivi che potrebbero avere un potenziale enorme in una vasta gamma di settori, dalla progettazione di nuovi farmaci, all’elettronica, fino alla decrittazione di messaggi cifrati.

Gli scienziati sono stati a lungo affascinati dalla costruzione di computer che funzionano a livello quantico – con parti fatte solo di singoli atomi o elettroni. Invece di ‘bit’, i blocchetti di costruzione normalmente utilizzati per memorizzare le informazioni in forma elettronica, i sistemi quantistici usano bit quantici o ‘qubit’, costituiti da una combinazione di atomi correlati (entangled).

I materiali si comportano in modo molto diverso a scale atomiche rispetto a ciò a cui siamo abituati nella nostra vita quotidiana – le particelle quantistiche, per esempio, possono esistere in due posti contemporaneamente. “I computer quantistici possono sfruttare questa stranezza per eseguire potenti calcoli, e in teoria, potrebbero essere progettati per rompere codici crittografici a chiave pubblica o simulare sistemi complessi molto più velocemente rispetto ai computer tradizionali”, ha detto il dottor Sean Barrett, l’autore principale dello studio, che è un Royal Society Research Fellow dell’Università presso il Dipartimento di Fisica dell’Imperial College di Londra.

Tuttavia, queste macchine sono notoriamente difficili da costruire, e si pensa che siano molto sensibili agli errori. A dispetto del considerevole vespaio nel settore negli ultimi 20 anni, computer quantistici realmente utilizzabili continuano ad essere qualcosa di lontano e sfuggente.

Barrett e il suo collega, Thomas Stace, presso la University of Queensland di Brisbane, in Australia, hanno ora trovato un modo per correggere un particolare tipo di errore, in cui si perdono del tutto i qubit dal computer. Hanno usato un codice di ‘correzione degli errori’, che comprende l’esame del contesto fornito dai qubit rimanenti per decifrare le informazioni mancanti in modo corretto.

“Proprio come quando è possibile capire una parola anche se ci sono alcune lettere mancanti, oppure quando si può ottenere il senso di una conversazione su una linea telefonica disturbata, abbiamo usato questa idea nel nostro progetto per un computer quantico”, ha detto Dr Barrett. E hanno scoperto che i computer hanno una soglia molto più elevata di errore di quanto si pensasse – fino a un quarto del qubit può essere perso – ma il computer può ancora continuare a lavorare. “E ‘sorprendente, perché non ci si aspetterebbe che se hai perso un quarto delle sfere di un abaco, puoi ancora continuare ad utilizzarlo,” ha aggiunto.

I risultati indicano che i computer quantistici potrebbero essere molto più facili da costruire rispetto a quanto si pensasse finora, ma i risultati sono ancora basati su calcoli teorici, il passo successivo è quello di dimostrare concretamente le idee in laboratorio. Gli scienziati dovranno escogitare un modo per ridimensionare il computer per permettere di usare un numero sufficientemente ampio di qubit, dice Barrett. Al momento i più grandi computer quantistici che gli scienziati hanno mai costruito si limitano a due o tre qubit.

“Siamo ancora ben lontani dal sapere qual è il vero potenziale dei computer quantistici”, dice Barrett. “Al momento i computer quantistici sono bravi in compiti particolari, ma non abbiamo idea su cosa questi sistemi potrebbero essere utilizzati in futuro”, ha detto .”Essi non saranno necessariamente il meglio per ogni applicazione. Probabilmente  saranno più utili in compiti molto specifici [come la decrittazione di codici] ma è impossibile a questo stadio fare delle ipotesi.”