Quantum Computing: un altro passo in avanti sulla stabilità dei qubit

Redazione RHC : 16 Agosto 2022 08:00

Come spesso abbiamo detto, l’informatica quantistica, sebbene se ne parli molto, ha ancora tantissima strada da fare per rendere i computer quantistici scalabili in numero di qubit e soprattutto stabili.

Due atomi gonfiati a una dimensione importante e poi raffreddati a una frazione sopra lo zero assoluto sono stati utilizzati per generare una porta quantistica a due qubit robusta e follemente veloce che potrebbe aiutare a superare alcune delle sfide persistenti nel calcolo quantistico.

Poiché un gate a due qubit è l’elemento costitutivo fondamentale di computer quantistici efficienti, questa svolta ha enormi applicazioni.

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Potrebbe portare a un nuovo tipo di architettura del computer quantistico che rompe gli attuali limiti per le operazioni quantistiche prive di rumore.

Gli scienziati stanno sperimentando da tempo porte quantistiche basate su materiali diversi e hanno raggiunto alcune scoperte straordinarie. Tuttavia, un problema ha continuato a essere significativo: le sovrapposizioni dei qubit possono degradarsi rapidamente e facilmente grazie anche all’entanglement di sorgenti esterne.

Accelerare il gate è il modo migliore per risolvere questo problema: poiché quel l’intrusione è generalmente più lenta di un milionesimo di secondo (un microsecondo), un gate quantistico più veloce di questo sarà in grado di “superare” il rumore per produrre calcoli precisi.

Per dare una svolta a questo obiettivo utilizzando un approccio leggermente diverso dal solito, un team di ricercatori guidato dal fisico Yeelai Chew del National Institutes of Natural Sciences in Giappone si è rivolto a una configurazione complicata.

I qubit stessi sono atomi di rubidio allo stato gassoso. Usando i laser, questi atomi sono stati raffreddati quasi allo zero assoluto e posizionati a una precisa distanza su scala micron l’uno dall’altro utilizzando pinzette ottiche, raggi laser che possono essere utilizzati per manipolare oggetti su scala atomica.

Quindi, i fisici hanno pulsato gli atomi con i laser. Questo ha spinto gli elettroni dalla distanza orbitale più vicina a ciascuno dei nuclei atomici in una separazione orbitale molto ampia, gonfiando gli atomi in oggetti noti come atomi di Rydberg. Ciò ha prodotto uno scambio periodico di 6,5 nanosecondi di forma orbitale ed energia elettronica tra gli atomi diventati enormi.

Utilizzando più impulsi laser, il team di ricerca è stato in grado di eseguire un’operazione di gate quantistico tra i due atomi. La velocità di tale operazione era di 6,5 miliardesimi di secondo (nanosecondi), oltre 100 volte più veloce di qualsiasi precedente esperimento con atomi di Rydberg, hanno affermato i ricercatori, che stabilisce un nuovo record per le porte quantistiche basate su questo particolare tipo di tecnologia.

Questo non sta ancora battendo il record complessivo per le operazioni di gate quantistico a due qubit più veloci. Ciò è stato ottenuto nel 2019, utilizzando atomi di fosforo in silicio, raggiungendo uno strabiliante 0,8 nanosecondi ; ma il nuovo lavoro implica un approccio diverso che potrebbe aggirare alcuni dei limiti di altri tipi attualmente in fase di sviluppo.

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