I ricercatori hanno risolto un ostacolo importante nell'informatica quantistica.


I ricercatori di Rochester riportano importanti progressi nel miglioramento del trasferimento di informazioni nei sistemi quantistici. La scienza quantistica ha il potenziale per rivoluzionare la tecnologia moderna, con comunicazioni e dispositivi di rilevamento più efficienti. Ma rimangono delle sfide ancora non risolte nel raggiungimento di questi obiettivi tecnologici, soprattutto quando si tratta di trasferire efficacemente le informazioni nei sistemi quantistici.

Un normale computer è costituito da miliardi di transistor nei quali vengono trasmessi i bit. I computer quantistici, d'altra parte, sono basati su bit quantistici, noti anche come qubit, che possono essere realizzati da un singolo elettrone.


A differenza dei normali transistor, che possono essere "0" (spento) o "1" (acceso), i qubit possono essere contemporaneamente "0" e "1".


La capacità dei singoli qubit di occupare questi cosiddetti stati di sovrapposizione, è alla base del grande potenziale dei computer quantistici. Proprio come i normali computer, tuttavia, i computer quantistici hanno bisogno di un modo per trasferire le informazioni quantistiche tra qubit distanti e questo rappresenta una grande sfida sperimentale.

In una serie di articoli pubblicati su Nature Communications , i ricercatori dell'Università di Rochester, tra cui John Nichol, un assistente professore di fisica e astronomia, e gli studenti laureati Yadav Kandel e Haifeng Qiao, gli autori principali degli articoli, riportano importanti passi avanti nel miglioramento del calcolo quantistico soprattutto per quel che riguarda il trasferimento di informazioni tra elettroni nei sistemi quantistici.


In un articolo, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta un percorso di trasferimento di informazioni tra qubit, chiamato Adiabatic quantum state transfer (AQT). A differenza della maggior parte dei metodi di trasferimento delle informazioni tra qubit, che si basano su impulsi di campo elettrico o magnetico accuratamente sintonizzati, AQT non è influenzato da errori di impulso e rumore.

Per immaginare come funziona AQT, immagina di guidare la tua auto e di volerla parcheggiare. Se non premi i freni al momento giusto, l'auto non sarà dove vuoi, con potenziali conseguenze negative. In questo senso, gli impulsi di controllo - i pedali dell'acceleratore e del freno all'auto devono essere regolati con attenzione.


AQT è diverso in quanto non importa per quanto tempo premi i pedali o con quanta forza li premi: l'auto finirà sempre nel punto giusto. Di conseguenza, AQT ha il potenziale per migliorare il trasferimento di informazioni tra qubit, che è essenziale per il networking quantistico e la correzione degli errori.

I ricercatori hanno dimostrato l'efficacia di AQT sfruttando l'entanglement quantistico, uno dei concetti di base della fisica quantistica in cui le proprietà di una particella influenzano le proprietà di un'altra, anche quando le particelle sono separate da una grande distanza.



I ricercatori sono stati in grado di utilizzare AQT per trasferire lo stato quantistico di un elettrone attraverso una catena di quattro elettroni in punti quantici semiconduttori: minuscoli semiconduttori su nanoscala con proprietà notevoli. Questa è la catena più lunga su cui uno stato di rotazione sia mai stato trasferito, legando il record stabilito dai ricercatori in un precedente articolo di Nature .

"Poiché AQT è robusto, grazie alle sue principali potenziali applicazioni nel calcolo quantistico, questa dimostrazione è una pietra miliare fondamentale per il calcolo quantistico".

Affermano i ricercatori.



Inoltre, in un secondo articolo, i ricercatori hanno dimostrato un'altra tecnica per trasferire informazioni tra qubit, utilizzando uno stato della materia chiamato "time crystal". Un "time crystal" è uno strano stato della materia in cui le interazioni tra le particelle che compongono il cristallo possono stabilizzare le oscillazioni del sistema nel tempo in modo indefinito.

"Il nostro lavoro fa i primi passi per mostrare come stati della materia, come i time-crystal, possono essere potenzialmente utilizzati per applicazioni di elaborazione di informazioni quantistiche, come il trasferimento di informazioni tra qubit. In teoria, mostriamo anche come questo scenario possa implementare altre operazioni a qubit singolo e multi- qubit che potrebbero essere utilizzate per migliorare le prestazioni dei computer quantistici".

Sia l'AQT che i cristalli temporali, sebbene tecniche diverse, potrebbero essere utilizzati contemporaneamente con i sistemi di calcolo quantistico per migliorare le prestazioni.

"Questi due risultati illustrano i modi strani e interessanti in cui la fisica quantistica consente l'invio di informazioni da un luogo ad un altro, che è una delle principali sfide nella costruzione di reti e computer quantistici praticabili"

afferma Nichol.



Fonte

https://phys.org/news/2021-05-major-hurdle-quantum.html