L'ostacolo più significativo nell’evoluzione dei computer quantistici verso applicazioni pratiche non risiede nella loro potenza teorica, ma nella preparazione degli stati magici, componenti essenziali che consentono di eseguire l’intera gamma di operazioni per implementare qualsiasi algoritmo quantistico. Un team di ricercatori di Alice & Bob e dell’Università PSL CNRS ha sviluppato una soluzione che promette di ridurre drasticamente le risorse necessarie per questo processo critico. Il nuovo protocollo, chiamato “distillazione dispiegata”, sfrutta le caratteristiche uniche dei qubit con rumore polarizzato per superare i limiti dei metodi tradizionali.
La distillazione degli stati magici rappresenta oggi il principale collo di bottiglia verso computer quantistici fault-tolerant. Preparare questi stati richiede enormi quantità di qubit protetti da errori e cicli multipli di correzione. I qubit con rumore polarizzato, come i cat qubit sviluppati da Alice & Bob, sono progettati per sopprimere in modo naturale un tipo specifico di errore - i bit flip. Questo li rende efficienti dal punto di vista hardware, ma il loro impatto sulla distillazione degli stati magici non era stato esplorato fino a ora.
Una svolta nell’architettura quantistica
Il metodo tradizionale si basa sul codice Reed-Muller, adattato alla correzione quantistica ma vincolato a un’architettura tridimensionale difficilmente realizzabile. La nuova proposta ribalta lo schema: la distillazione dispiegata opera a livello fisico, non logico, e sfrutta la polarizzazione del rumore per eliminare controlli di errore superflui. In questo modo, il protocollo riesce a preparare stati magici in maniera molto più economica e scalabile.
Le simulazioni hanno mostrato che il sistema raggiunge un tasso di errore logico di 10-7 utilizzando oltre un ordine di grandezza in meno di cicli rispetto agli schemi più avanzati. Inoltre, il protocollo è compatibile con architetture bidimensionali e hardware esistenti, inclusi qubit superconduttori e cat qubit, riducendo il divario tra teoria e applicazione.
Implicazioni per il futuro del calcolo quantistico
La distillazione dispiegata apre la strada a sistemi quantistici più compatti, meno costosi e più affidabili. Il team evidenzia anche la possibilità di estendere lo schema a fedeltà superiori aumentando la distanza del codice, fino a preparare direttamente stati magici per gate complessi come il Toffoli. Questa innovazione trasforma quello che era considerato il principale ostacolo della computazione quantistica in un’opportunità per accelerarne lo sviluppo pratico.
