Record di errore del computer quantistico a 0,000015%

In breve:

Scienziati statunitensi hanno stabilito un nuovo record nel calcolo quantistico, riducendo il tasso di errore a un livello senza precedenti: un errore ogni 6,7 milioni di operazioni, cioè lo 0,000015%. Questo progresso promette computer quantistici più piccoli ed efficienti, ma la sfida non è finita: il tasso di errore nelle funzioni di porta a due qubit è ancora di circa 1 su 2.000.

Riassunto completo:

Scienziati hanno raggiunto il tasso di errore più basso mai registrato nel calcolo quantistico, segnando un passo cruciale verso computer quantistici pratici e su larga scala.
La ricerca, pubblicata il 12 giugno sulla rivista APS Physical Review Letters, ha dimostrato un tasso di errore quantistico dello 0,000015%, pari a un errore ogni 6,7 milioni di operazioni.
Questo risultato rappresenta un miglioramento di quasi un ordine di grandezza sia in fedeltà che in velocità rispetto al precedente record, che era di circa un errore per ogni milione di operazioni ed era stato ottenuto dallo stesso team nel 2014.
Il "rumore" o la prevalenza di errori nelle operazioni quantistiche può rendere i risultati di un computer quantistico inutili; tale rumore deriva da imperfezioni nei metodi di controllo (architettura e algoritmi) e dalle leggi della fisica.
Il progresso del team è stato raggiunto riducendo quasi a zero il rumore generato dall'architettura e dai metodi di controllo del computer, pur rimanendo entro i limiti imposti dalle leggi naturali (es. decoerenza, leakage).
Questo lavoro riduce significativamente l'infrastruttura necessaria per la correzione degli errori, aprendo la strada a futuri computer quantistici che potranno essere più piccoli, veloci ed efficienti. Il controllo preciso dei qubit sarà utile anche per altre tecnologie quantistiche come orologi e sensori.
Il computer quantistico utilizzato nell'esperimento si è basato su una piattaforma personalizzata che impiega qubit realizzati con "ioni intrappolati" (specificamente ioni di calcio-43), anziché i più comuni fotoni.
Lo studio è stato condotto a temperatura ambiente, il che semplifica la configurazione necessaria per integrare questa tecnologia in un computer quantistico funzionante.
Per intrappolare gli ioni, il team ha utilizzato microonde, posizionandoli in uno stato "orologio atomico iperfino". Questa tecnica ha permesso di creare più "porte quantistiche" con maggiore precisione rispetto ai metodi basati sui fotoni.
I ricercatori hanno calibrato gli ioni attraverso una procedura di controllo automatizzata che li correggeva regolarmente per le deviazioni di ampiezza e frequenza causate dal metodo di controllo a microonde, sviluppando di fatto un algoritmo per rilevare e correggere il rumore prodotto.
Rimuovendo questo rumore, il team è riuscito a condurre operazioni quantistiche con il loro sistema al tasso di errore più basso fisicamente possibile o vicino ad esso.
Questo metodo rende ora possibile sviluppare computer quantistici in grado di eseguire operazioni a singola porta (quelle che usano un solo qubit) con quasi zero errori su larga scala, riducendo i qubit necessari per la correzione degli errori, i costi e le dimensioni del computer.
Tuttavia, questo non è una soluzione completa per l'industria: il tasso di errore nelle funzioni di porta a due qubit è ancora di circa 1 su 2.000, e lo studio non risolve tutti i problemi di "rumore" inerenti ai complessi sistemi multi-qubit.