I computer quantistici fanno un passo importante con la svolta nella correzione degli errori

Affinché i computer quantistici possano passare da curiosità di ricerca a dispositivi praticamente utili, i ricercatori devono tenere sotto controllo i loro errori. Una nuova ricerca di Microsoft e Quantinuum ha ora compiuto un passo importante in questa direzione.

I computer quantistici di oggi sono fermamente bloccati nell’era dei “quanti rumorosi su scala intermedia” (NISQ). Mentre le aziende hanno avuto un certo successo nell'incordatura un gran numero di qubit insieme, sono altamente suscettibili al rumore che può degradare rapidamente i loro stati quantistici. Ciò rende impossibile eseguire calcoli con passaggi sufficienti per essere praticamente utili.

Mentre alcuni sostengono che questi dispositivi rumorosi potrebbero ancora essere utilizzati nella pratica, il consenso è che gli schemi di correzione degli errori quantistici saranno vitali per realizzare il pieno potenziale della tecnologia. Ma la correzione degli errori è difficile nei computer quantistici perché la lettura dello stato quantistico di un qubit ne provoca il collasso.

I ricercatori hanno escogitato modi per aggirare questo problema utilizzando codici di correzione degli errori che diffondono ogni bit di informazione quantistica su più qubit fisici per creare quello che è noto come qubit logico. Ciò fornisce ridondanza e rende possibile rilevare e correggere errori nei qubit fisici senza influire sulle informazioni nel qubit logico.

La sfida è che, fino a poco tempo fa, si presumeva che sarebbero stati necessari circa 1,000 qubit fisici per creare ciascun qubit logico. I più grandi processori quantistici di oggi hanno solo quel numero di qubit, suggerendo che creare abbastanza qubit logici per calcoli significativi era ancora un obiettivo lontano.

La situazione è cambiata l’anno scorso quando i ricercatori di Harvard e la startup QuEra hanno dimostrato di poterlo fare generare 48 qubit logici da soli 280 fisici. E ora la collaborazione tra Microsoft e Quantinuum ha fatto un ulteriore passo avanti dimostrando che non solo possono creare qubit logici, ma possono effettivamente usarli per sopprimere i tassi di errore di un fattore 800 ed eseguire più di 14,000 routine sperimentali senza un solo errore.

"Quello che abbiamo fatto qui mi fa venire la pelle d'oca", Krysta Svore di Microsoft detto New Scientist. “Abbiamo dimostrato che la correzione degli errori è ripetibile, funziona ed è affidabile”.

I ricercatori stavano lavorando con il processore quantistico H2 di Quantinuum, che si basa sulla tecnologia degli ioni intrappolati ed è relativamente piccolo con soli 32 qubit. Ma applicando i codici di correzione degli errori sviluppati da Microsoft, sono stati in grado di generare quattro qubit logici che presentavano un errore solo ogni 100,000 esecuzioni.

Uno dei risultati più grandi, sottolinea il team Microsoft un post sul blog, è stato il fatto che sono stati in grado di diagnosticare e correggere gli errori senza distruggere i qubit logici. Questo grazie a un approccio noto come “estrazione della sindrome attiva” che è in grado di leggere informazioni sulla natura dei qubit che influiscono sul rumore, piuttosto che sul loro stato, Svore detto IEEE Spectrum.

Tuttavia, lo schema di correzione degli errori aveva una data di scadenza. Quando i ricercatori hanno eseguito più operazioni su un qubit logico, seguite dalla correzione degli errori, hanno scoperto che al secondo passaggio i tassi di errore erano solo la metà di quelli riscontrati nei qubit fisici e al terzo passaggio non vi era alcun impatto statisticamente significativo.

E per quanto impressionanti siano i risultati, il team Microsoft sottolinea nel suo post sul blog che la creazione di computer quantistici veramente potenti richiederà qubit logici che commettano errori solo una volta ogni 100 milioni di operazioni.

Indipendentemente da ciò, il risultato segna un enorme salto nelle capacità di correzione degli errori, come affermato da Quantinuum un comunicato stampa rappresenta l’inizio di una nuova era nell’informatica quantistica. Anche se ciò potrebbe essere leggermente azzardato, suggerisce certamente che potrebbe essere necessario aggiornare le tempistiche delle persone per quando raggiungeremo il calcolo quantistico tollerante agli errori.

Immagine di credito: Computer quantistico Quantinuum H2 / Quantinuum

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• Fonte: https://singularityhub.com/2024/04/04/quantum-computers-take-a-major-step-with-error-correction-breakthrough/