Calcolo quantistico e correzione degli errori, raggiunto un traguardo fondamentale

I bit quantistici fisici, o qubit, sono vulnerabili agli errori. Questi errori derivano da varie fonti, tra cui la decoerenza quantistica, la diafonia e la calibrazione imperfetta. Fortunatamente, la teoria della correzione degli errori quantistici prevede la possibilità di calcolare proteggendo in modo sincrono i dati quantistici da tali errori.

"Due funzionalità distingueranno un computer quantistico corretto per errore dagli attuali processori quantistici rumorosi a scala intermedia (NISQ)", afferma il professor Leonardo Di Carlo di QuTech. "In primo luogo, elaborerà le informazioni quantistiche codificate in qubit logici piuttosto che in qubit fisici (ogni qubit logico costituito da molti qubit fisici). In secondo luogo, utilizzerà controlli di parità quantistica interlacciati con passaggi di calcolo per identificare e correggere gli errori che si verificano nei qubit fisici, salvaguardando le informazioni codificate mentre vengono elaborate.

Secondo la teoria, il tasso di errore logico può essere soppresso esponenzialmente a condizione che l'incidenza degli errori fisici sia inferiore a una soglia e che i circuiti per le operazioni logiche e la stabilizzazione siano tolleranti ai guasti. L'idea di base è quindi che se si aumenta la ridondanza e si utilizzano sempre più qubit per codificare i dati, l'errore netto diminuisce.

I ricercatori della TU Delft, insieme ai colleghi di TNO, hanno ora realizzato un passo importante verso questo obiettivo, realizzando un qubit logico costituito da sette qubit fisici. Di Carlo ha sottolineato la natura multidisciplinare del lavoro: "Questo è uno sforzo combinato di fisica sperimentale, fisica teorica del gruppo di Barbara Terhal e anche elettronica sviluppata con TNO e collaboratori esterni. Il progetto è finanziato principalmente da IARPA e Intel Corporation."

"Il nostro grande obiettivo è dimostrare che man mano che aumentiamo la ridondanza della codifica, il tasso di errore netto diminuisce in modo esponenziale", ha concluso Di Carlo. "Il nostro focus attuale è su 17 qubit fisici e il prossimo sarà 49. Tutti i livelli dell'architettura del nostro computer quantistico sono stati progettati per consentire questo ridimensionamento".