Un chip superconduttore con 73 qubit ha recentemente superato quella che potremmo definire una prova di autenticità quantistica, dimostrando di essere davvero ciò che afferma di essere e non semplicemente una sofisticata imitazione. Nel laboratorio dell'Università di Zhejiang a Hangzhou, in Cina, i ricercatori hanno messo a punto un test che funziona come una sorta di rilevatore di bugie per computer quantistici, verificando se il dispositivo segua effettivamente le bizzarre leggi della meccanica quantistica. I risultati, pubblicati su Physical Review X in collaborazione con l'Università Tsinghua e l'Università di Leiden, rappresentano un passo significativo verso la certificazione dei sistemi quantistici di prossima generazione.
La sfida principale nel campo dell'informatica quantistica non riguarda tanto la costruzione di dispositivi sempre più grandi, quanto piuttosto la capacità di garantire che questi sistemi mantengano un comportamento genuinamente quantistico man mano che si espandono. Per risolvere questo problema, il team ha utilizzato le disuguaglianze di Bell, un criterio elaborato nel 1964 dal fisico John Bell per distinguere tra sistemi che sembrano quantistici e quelli che lo sono veramente. Questo metodo è considerato il gold standard per identificare la "non località", quel fenomeno controintuitivo in cui le particelle sembrano influenzarsi istantaneamente a distanza.
Tradizionalmente, i test di Bell sono stati applicati con successo a fotoni, atomi ed elettroni, ma sempre con un numero limitato di particelle. Estendere queste verifiche a decine o centinaia di elementi è stato finora impossibile, poiché misurare le correlazioni di Bell in sistemi complessi equivale a cercare di ascoltare una conversazione sussurrata in uno stadio rumoroso. L'esperimento cinese ha invece dimostrato correlazioni di Bell tra tutti i 73 qubit disponibili e, aspetto ancora più rilevante, ha confermato una forma più profonda e rigorosa di connessione quantistica chiamata correlazione multipartita genuina di Bell fino a 24 qubit simultaneamente.
La strategia adottata dai ricercatori è stata particolarmente ingegnosa: invece di tentare una misurazione diretta delle correlazioni di Bell, hanno sfruttato una capacità naturale dei processori quantistici, ovvero la minimizzazione dell'energia. Attraverso un algoritmo ibrido che fa collaborare un computer quantistico con uno classico, il team è riuscito a creare e misurare stati a energia estremamente bassa all'interno del chip. Quando i livelli energetici sono scesi al di sotto di quanto qualsiasi macchina classica possa raggiungere, i ricercatori hanno avuto la certezza di trovarsi in territorio autenticamente quantistico.
I numeri parlano chiaro: nel sistema a 73 qubit, le energie misurate erano inferiori alla soglia classica di 48 deviazioni standard, un valore che rende la probabilità di un falso segnale praticamente nulla. Dopo aver corretto gli errori di lettura, questa discrepanza è salita addirittura a 57 deviazioni standard. Come ha spiegato Jordi Tura dell'Università di Leiden, uno dei principali teorici dello studio, la differenza era talmente marcata da rendere impossibile che il risultato fosse dovuto al caso. Le misurazioni del chip quantistico erano inequivocabilmente non classiche, miliardi di volte troppo precise per essere falsificate.
È importante distinguere tra entanglement e non località di Bell. Sebbene l'entanglement sia il concetto più familiare al pubblico interessato alla meccanica quantistica, la non località di Bell rappresenta una firma ancora più inequivocabile della stranezza quantistica. Ogni sistema che mostra non località di Bell è necessariamente entangled, ma non tutti i sistemi entangled manifestano non località di Bell. Come chiarisce lo studio, la correlazione di Bell è la forma più forte di correlazione quantistica: quando viene rilevata, garantisce automaticamente la presenza anche degli altri due tipi di correlazione quantistica, ovvero l'entanglement e lo steering di Einstein-Podolsky-Rosen.
Per raggiungere questo livello di verifica, il chip superconduttore è stato trasformato in una sorta di parco giochi quantistico, dove ciascuno dei 73 qubit poteva essere sintonizzato, controllato e misurato individualmente con una fedeltà superiore al 99%. Questa precisione ha permesso ai ricercatori di passare da costrutti teorici a prove fisiche concrete della non località quantistica, utilizzando un pattern specifico di connessioni tra i qubit visibile anche nelle immagini del dispositivo.
L'importanza di questa ricerca va oltre la pura dimostrazione scientifica. I computer quantistici promettono di rivoluzionare l'informatica sfruttando la sovrapposizione e l'entanglement, ma man mano che crescono in dimensioni e complessità, verificare che si comportino effettivamente in modo quantistico diventa sempre più difficile. Questo nuovo metodo fornisce un approccio scalabile per testare tale affermazione, colmando un divario critico nella certificazione dei dispositivi quantistici. I test di Bell tradizionali offrono la prova più solida possibile, ma sono quasi impossibili da estendere a sistemi grandi, mentre benchmark più semplici come i testimoni di entanglement sono più facili da applicare ma meno definitivi.
