Introduzione

La costruzione di computer quantistici su larga scala richiederà la soppressione degli errori. Il dottor Ben Brown ha usato un trucco per applicare potenti codici di soppressione degli errori 3D in un’architettura 2D, qualcosa che un esperto del settore ha detto che: “molti ritenevano fosse impossibile“.

La sua ricerca è stata pubblicata oggi su Science Advances .

Qualcosa di impossibile

Uno scienziato dell’Università di Sydney ha realizzato ciò che un insider dell’industria quantistica ha descritto come “qualcosa che molti ricercatori ritenevano impossibile“.

Il dott. Benjamin Brown della School of Physics ha sviluppato un tipo di codice per la correzione degli errori per i computer quantistici che libererà più hardware per eseguire calcoli utili. Fornisce inoltre un approccio che consentirà ad aziende come Google e IBM di progettare microchip quantistici migliori.

Lo ha fatto applicando un codice già noto che opera in tre dimensioni a un framework bidimensionale. “Il trucco è usare il tempo come terza dimensione. Sto usando due dimensioni fisiche e aggiungo il tempo come terza dimensione“, ha affermato il dott. Brown. “Questo apre a possibilità che non avevamo prima“.

Il dott. Ben Brown della School of Physics è ricercatore presso Sydney Nano.
Il dott. Ben Brown della School of Physics è ricercatore presso la Sydney Nano.

È un po’ come lavorare a maglia“, ha detto. “Ogni riga è come una linea unidimensionale. Lavori a maglia riga dopo riga e, nel tempo, questo produce un pannello bidimensionale di materiale”.

Computer quantistici a fault-tolerant

Ridurre gli errori nell’informatica quantistica è una delle maggiori sfide che gli scienziati devono affrontare prima che possano costruire macchine sufficientemente grandi per risolvere problemi utili. “Siccome le informazioni quantistiche sono molto fragili, producono molti errori“, ha affermato il dott. Brown, ricercatore presso il Nano Institute dell’Università di Sydney.

Eliminare completamente questi errori è impossibile, quindi l’obiettivo è quello di sviluppare un’architettura “fault-tolerant” in cui utili operazioni di elaborazione superino di gran lunga le operazioni di correzione degli errori.

Il tuo telefono cellulare o laptop eseguirà miliardi di operazioni per molti anni prima che un singolo errore attivi uno schermo vuoto o qualche altro malfunzionamento. Le attuali operazioni quantistiche sono fortunate ad avere meno di un errore ogni 20 operazioni, il che significa milioni di errori all’ora“, ha affermato il dott. Brown, che detiene anche una posizione presso il Centro di eccellenza ARC per i sistemi quantistici ingegnerizzati .

Sono un sacco di dati persi“.

La maggior parte degli elementi costitutivi dei computer quantistici sperimentali di oggi – bit o qubit quantistici – sono occupati dal “sovraccarico” della correzione degli errori.

Il mio approccio alla soppressione degli errori consiste nell’utilizzare un codice che opera su tutta la superficie dell’architettura in due dimensioni. L’effetto di questo è liberare gran parte dell’hardware dalla correzione degli errori e consentirgli di andare avanti con le cose utili“, ha detto il dott. Brown.

La dott.ssa Naomi Nickerson è direttrice di Quantum Architecture al PsiQuantum di Palo Alto, in California, e non collegata alla ricerca; la dott.ssa ha detto: “Questo risultato stabilisce una nuova opzione per eseguire fault-tolerant gates, che hanno il potenziale per ridurre notevolmente l’overhead e rendere più funzionali il calcolo quantistico”.

Percorso di calcolo universale

Start-up come PsiQuantum, così come le grandi aziende tecnologiche Google, IBM e Microsoft, stanno guidando l’incarico di sviluppare la tecnologia quantistica su larga scala. È urgentemente necessario trovare codici di correzione degli errori che consentano ai loro computer di ingrandirsi.

Il dott. Michael Beverland, ricercatore senior presso Microsoft Quantum (non collegato alla ricerca) ha dichiarato: “Questo documento esplora un approccio esotico ed eccitante per eseguire calcoli quantistici a tolleranza d’errore, indicando la strada verso il potenziale raggiungimento del calcolo quantistico universale in due dimensioni spaziali senza la necessità di distillazione, qualcosa che molti ricercatori hanno ritenuto impossibile“.

I codici bidimensionali attualmente esistenti richiedono ciò che il dott. Beverland chiama distillazione, più precisamente conosciuta come “distillazione dello stato magico“. Qui è dove il processore quantistico ordina i vari calcoli ed estrae quelli utili.

Questo mastica un sacco di hardware di elaborazione semplicemente sopprimendo gli errori. “Ho applicato la potenza del codice tridimensionale e l’ho adattato alla struttura bidimensionale“, ha affermato il dott. Brown.

Il dottor Brown è stato impegnato quest’anno. A marzo ha pubblicato un articolo sulla rivista di fisica più importante Physical Review Letters con i colleghi dell’EQUS e dell’Università di Sydney. In quella ricerca, lui e i suoi colleghi avevano sviluppato un decodificatore che identifica e corregge più errori che mai, raggiungendo un record mondiale nella correzione degli errori.

L’identificazione degli errori più comuni è un altro modo in cui possiamo liberare più potenza di elaborazione per calcoli utili“, ha affermato il dott. Brown.

Il professor Stephen Bartlett è coautore di quel documento e dirige il gruppo di ricerca sulla teoria dell’informazione quantistica presso l’Università di Sydney. “Il nostro gruppo a Sydney è molto concentrato sulla scoperta di come possiamo aumentare gli effetti quantistici in modo che possano alimentare dispositivi su larga scala“, ha affermato il professor Bartlett, che è anche Decano associato per la ricerca presso la Facoltà di Scienze.

Il professor Stephen Bartlett è Decano associato per la ricerca presso la Facoltà di Scienze.
Il professor Stephen Bartlett è Decano associato per la ricerca presso la Facoltà di Scienze.

“Il lavoro del Dr. Brown ha mostrato come farlo per un chip quantistico. Questo tipo di progresso ci consentirà di passare da un numero limitato di qubit a numeri molto grandi e di costruire computer quantistici ultra potenti che risolveranno i grandi problemi del domani”.

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