[section_title title=IBM: il computer quantistico è quasi pronto – Parte 2]
Identificazione degli errori quantistici
L’informazione basilare che un normale computer è in grado di comprendere è il bit. Come un fascio di luce che può essere acceso o spento, un bit può avere solo uno dei due valori: “1” o “0”. Un bit quantistico (qubit), tuttavia, può tenere un valore di 1 o 0 o entrambi contemporaneamente, descritti come una sovrapposizione e semplicemente indicati come “0+1”. Il segno di questa sovrapposizione è importante perché entrambi gli stati 0 e 1 hanno tra loro una relazione di fase. Questa proprietà di sovrapposizione è ciò che consente ai computer quantistici di scegliere la giusta soluzione tra milioni di possibilità in una volta in modo molto più rapido rispetto a un computer convenzionale.
Su tale stato di sovrapposizione possono verificarsi due tipi di errori. Uno è chiamato errore bit-flip, che passa semplicemente uno 0 a un 1 e viceversa. Questo errore è simile ai classici errori bit-flip e i lavori svolti in precedenza hanno mostrato come rilevare questi errori sui qubit. Ciò non è tuttavia sufficiente per correggere gli errori quantistici perché possono anche essere presenti errori phase-flip, che cambiano il segno della relazione di fase tra 0 e 1 in uno stato di sovrapposizione. Entrambi i tipi di errori devono essere rilevati in modo tale che la correzione dell’errore quantistico funzioni correttamente.
Le informazioni quantistiche sono molto delicate dato che tutte le tecnologie qubit esistenti perdono le informazioni quando interagiscono con la materia e la radiazione elettromagnetica. I teorici hanno trovato modi per conservare l’informazione più a lungo distribuendola su molti qubit fisici. “Surface code” è il nome tecnico per lo schema di correzione di un errore specifico che distribuisce le informazioni quantistiche su molti qubit. Consente solo alle interazioni più prossime di codificare un qubit logico, rendendolo sufficientemente stabile per eseguire operazioni senza errori.
Il team IBM Research ha utilizzato diverse tecniche per misurare gli stati di due syndrome qubit (misurazione) indipendenti. Ciascuno rivela un aspetto delle informazioni quantistiche memorizzate su altri due qubit (chiamati codice, o qubit dati). In particolare, un syndrome qubit ha rivelato se un errore bit-flip si è verificato su entrambi i qubit del codice, mentre l’altro syndrome qubit ha rivelato se si è verificato un errore phase-flip. La determinazione delle informazioni quantistiche congiunte nei code qubit è una fase indispensabile per la correzione dell’errore quantistico perché la misurazione diretta dei code qubit distrugge le informazioni contenute all’interno di essi.
Dato che questi qubit possono essere ideati e prodotti utilizzando tecniche standard di fabbricazione del silicio, IBM anticipa che nel momento in cui una manciata di qubit superconduttori verrà prodotta in modo affidabile e ripetitivo e controllata con basse percentuali di errore, non ci saranno ostacoli fondamentali per dimostrare la correzione degli errori in reticoli di qubit più grandi.
Questi risultati mettono in luce il grande impegno da parte di IBM nell’elaborazione informatica quantistica che prosegue da più di 30 anni ed è iniziato con la partecipazione di IBM al primissimo workshop in questo settore sulla Fisica dell’Informazione nel 1981.
