IBM, il computer quantistico è più vicino

I ricercatori di IBM Research hanno raggiunto un importante traguardo nelle prestazioni dei dispositivi a computazione quantistica che consentirà di avvicinarsi più rapidamente alla realizzazione di un computer quantistico funzionale. La computazione quantistica, ricordiamo, consente il raggiungimento di una potenza computazionale che altrimenti sarebbe impossibile da toccare con qualsiasi sistema costruito con le tecniche attuali.

Il team di ricerca di IBM è riuscito a stabilire tre importanti punti di riferimento per la riduzione degli errori nelle computazioni elementari ed il mantenimento dell'integrità delle proprietà quantistiche nei quantum bit, l'unità di informazione nel mondo della computazione quantistica. IBM ha inoltre scelto di usare qubit superconduttori che possono essere realizzati con tecniche di microfabbricazione sviluppate per le attuali tecnologie in silicio. Il risultato della ricerca è stato presentato da IBM in occasione dell'American Physical Society Meeting in corso dal 27 febbraio all'1 marzo a Boston.

"Il lavoro che stiamo portando avanti attorno al computer quantistico mostra che non si tratta di un esperimento fine a se stesso. E' giunto il tempo di realizzare sistemi basati su questa scienza che porteranno il computing ad un nuovo livello" ha dichiarato Matthias Steffen, responsabile del gruppo IBM Research che si è focalizzato sullo sviluppo di sistemi quantistici che possano essere applicati alla soluzione di problemi reali.

Le speciali proprietà dei qubit permettono ad un computer quantistico di lavorare su milioni di calcoli contemporanemente, rendendo così i computer quantistici candidati ideali per le applicazioni di cifratura dei dati, così come per la ricerca di informazioni nei database e la gestione di informazioni non strutturate.

Il basilare frammento di informazione che un computer tradizionale è in grado di gestire è rappresentato dal bit che come è noto può assumere solamente due valori, 0 o 1. I quantum bit hanno invece la capacità di assumere uno dei due valori oppure entrambi i valori contemporaneamente. E' questa particolare caratteristica che consente ai computer quantistici di effettuare milioni di calcoli contemporaneamente.

Una delle grandi sfide per gli scienziati che cercano di governare la potenza dei computer quantistici è il controllo o la soppressione della decoerenza quantistica - l'insorgenza di errori nei calcoli causata dall'interferenza di fattori come il calore, la radiazione elettromagnetica o i difetti dei materiali. Per risolvere questo problema gli scienziati hanno sperimentato numerose strade per ridurre il numero di errori e di allungare i periodi di tempo in cui i qubit mantengono le loro proprietà quantistiche meccaniche. Quando questo periodo tempo è sufficientemente lungo diventa possibile applicare efficacemente gli schemi di correzione d'errore ed effettuare calcoli lunghi e complessi.

IBM ha recentemente sperimentato un qubit superconduttore tridimensionale, seguendo un approccio che è stato elaborato alla Yale University. Il team IBM ha usato un qubit 3D per estendere fino a 100 microsecondi il periodo in cui il qubit mantiene i suoi stati quantistici. Questo valore supera la soglia minima necessaria per permettere schemi di correzione d'errore e permette così agli scienziati di iniziare a focalizzarsi su aspetti ingegneristici di più ampia portata.

Il gruppo di ricercatori IBM ha inoltre dato dimostrazione di un più tradizionale qbit a due dimensioni e implementato operazioni logiche a due qubit, elemento basilare di più grandi sistemi di computazione quantistica. Questo esperimento ha mostrato un successo del 95%, grazie ad un periodo di coerenza di 10 microsecondi. Si tratta di un risultato al limite dell'effettivo impiego di schemi di correzione d'errore e permettono di facilitare gli esperimenti futuri di tipo multi-qubit.

David DiVincenzo, professore presso l' Institute of Quantum Information, ha commentato: "La ricerca dei qubit a superconduzione portata avanti dal team di IBM è proseguita in maniera molto determinata sulla strada di un computer quantistico affidabile e scalabile. Le prestazioni del dispositivo che hanno realizzato li porta vicini al punto di svolta; possiamo vedere i mattoni che saranno usati per provare che la correzione d'errore può essere effiace e che può essere realizzata una logica qubit affidabile".