Il mondo della computazione quantistica si trova di fronte a una sfida fondamentale che potrebbe determinarne il successo o il fallimento. Mentre i ricercatori lavorano per costruire processori sempre più potenti, un nemico invisibile minaccia costantemente i qubit: il rumore elettromagnetico che disturba i delicati stati quantistici. Una collaborazione tra l'Istituto Niels Bohr, il MIT, l'Università Norvegese di Scienza e Tecnologia e l'Università di Leiden ha ora sviluppato una soluzione innovativa che promette di cambiare le regole del gioco.
La corsa contro il tempo nella correzione degli errori
Il problema principale risiede nella fragilità dei qubit, talmente sensibili che anche minime perturbazioni ambientali ne compromettono il funzionamento. "È possibile misurare il rumore effettivo, e una volta che lo conosciamo, possiamo correggere il percorso di controllo per mitigare la decoerenza", spiega il dottor Fabrizio Berritta, autore principale dello studio pubblicato su PRX Quantum. La velocità è il punto critico: se i dati devono passare dal processore a un computer esterno per la correzione, il rumore cambia già prima che la lettura sia completata.
La soluzione sviluppata prende il nome di "Frequency Binary Search" ed è stata implementata su un controller Quantum Machines con FPGA integrato. Questo sistema permette di manipolare e leggere i qubit direttamente, raccogliendo i dati in tempo reale senza passaggi esterni. Il controller registra simultaneamente la frequenza dei qubit e le sue fluttuazioni, consentendo di gestire il rumore con aggiornamenti rapidi e precisi.
Quando l'ingegneria elettrica incontra la fisica quantistica
L’innovazione è frutto di competenze interdisciplinari. "Non eravamo abituati a questi qubit superconduttori con guida a microonde, quindi ci siamo confrontati con i nostri supervisori per sviluppare un algoritmo efficiente", racconta Berritta. La svolta è stata l’uso di FPGA programmabili con un linguaggio simile a Python, molto più accessibile rispetto ai metodi tradizionali.
Le implicazioni vanno ben oltre l’attuale stato della tecnologia. Oggi i processori contano centinaia di qubit, ma in futuro potrebbero arrivare a milioni. "Con la ricerca binaria di frequenza, è possibile calibrare tutti i qubit simultaneamente con una precisione esponenziale, in meno di 10 misurazioni", sottolinea Berritta. Un miglioramento enorme rispetto alle migliaia di misurazioni richieste oggi.
I dispositivi quantistici promettono diagnosi mediche più accurate, simulazioni avanzate di farmaci e materiali, maggiore sicurezza informatica e velocità di calcolo straordinarie. Ma queste potenzialità aumentano il rischio di decoerenza: qualsiasi disturbo può compromettere lo stato coerente e portare alla perdita dei dati. La nuova tecnica offre una strada concreta per superare questa barriera e rendere la computazione quantistica una realtà applicabile.