I ricercatori del Riken Center for Emergent Matter Science in Giappone hanno mostrato un meccanismo di calcolo quantistico basato su silicio a tre qubit, aprendo la strada a una maggiore scalabilità che va oltre a un semplice incremento dei qubit totali su un dato sistema. In precedenza, era stato dimostrato che i qubit funzionavano solo in coppie entangled, mentre adesso sembra che l’entanglement (e quindi il calcolo) può essere effettivamente diviso tra tre qubit.

Il calcolo quantistico si basa sui qubit, l’equivalente quantistico del moderno transistor. Ma mentre i transistor tipici possono rappresentare solo un valore in qualsiasi momento (zero o uno), i qubit beneficiano della meccanica di sovrapposizione della fisica quantistica, il che significa che possono rappresentare entrambi gli stati contemporaneamente.

Fino ad ora, i sistemi di calcolo quantistico hanno funzionato imbrigliando due qubit distinti, il che ha permesso loro di lavorare in tandem alla risoluzione di qualsiasi carico di lavoro complesso (entanglement significa che i qubit si rispecchiano perfettamente l’un l’altro e qualsiasi modifica allo stato di un qubit viene immediatamente replicata nell’altro). Questa ricerca, tuttavia, ha dimostrato che è possibile utilizzarne tre contemporaneamente e, se pensate a un qubit come al core di un processore, ora in teoria significa che è possibile realizzare chip quantistici triple-core, invece che dual-core. Questa ricerca ha quindi diverse implicazioni nello scaling quantistico, così come nella complessità degli algoritmi quantistici. Seigo Tarucha, uno dei ricercatori coinvolti, spiega che “(…) l’operazione a due qubit è abbastanza buona per eseguire calcoli logici fondamentali, ma un sistema a tre qubit è l’unità minima per aumentare e implementare la correzione degli errori”.

I ricercatori hanno utilizzato uno degli approcci attualmente in fase di analisi come fattori abilitanti per il calcolo quantistico: un trio di punti quantistici di silicio, che sono costituiti da un’eterostruttura silicio/silicio-germanio e controllati tramite porte in alluminio. Ogni punto quantistico di silicio presenta un singolo elettrone (particelle cariche negativamente) che cambia i suoi stati di spin in risposta a un forte magnete sul chip. Il magnete genera un gradiente di campo magnetico che a sua volta separa le frequenze di risonanza dei tre qubit, consentendone l’indirizzamento individuale.

Ciò ha importanti implicazioni per la correzione degli errori. Le macchine Turing come i nostri personal computer hanno già al loro interno protocolli di correzione degli errori avanzati che garantiscono la validità dei calcoli. Questo requisito di correzione degli errori è ancora agli inizi nel campo quantistico, motivo per cui questa dimostrazione è così importante. Secondo l’approccio dei ricercatori, il terzo qubit può ora essere utilizzato come aiuto nei calcoli, aiutando a raggiungere una fedeltà di stato notevolmente elevata (per il calcolo quantistico) dell’88%.

“Abbiamo in programma di dimostrare la correzione degli errori primitiva utilizzando il dispositivo a tre qubit e di fabbricare dispositivi con dieci o più qubit“, ha affermato Tarucha. “Successivamente realizzeremo dispositivi da da 50 a 100 qubit con protocolli di correzione degli errori più sofisticati, aprendo la strada al quantum computing su larga scala entro un decennio.“