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Un gruppo del JQI Fellow Christopher Monroe, insieme ai colleghi della Duke University, ha fatto progressi per garantire che possiamo fidarci dei risultati dei computer quantistici anche quando sono costruiti da pezzi che a volte falliscono. In un esperimento infatti per la prima volta è stato dimostrato che un assemblaggio di pezzi di calcolo quantistico può essere migliore delle parti peggiori utilizzate per realizzarlo.
Nel loro esperimento, i ricercatori hanno combinato diversi qubit – la versione quantistica dei bit – in modo che funzionassero insieme come una singola unità chiamata qubit logico. Hanno creato il qubit logico basato su un codice di correzione degli errori quantistici in modo che, a differenza dei singoli qubit fisici, gli errori possano essere facilmente rilevati e corretti e lo hanno reso tollerante ai guasti, in grado di contenere errori per minimizzarne gli effetti negativi.
Questa è la prima volta che un qubit logico ha dimostrato di essere più affidabile del passaggio più soggetto a errori richiesto per il calcolo. Il team è stato in grado di mettere con successo il qubit logico nel suo stato iniziale e misurarne l'affidabilità al 99,4% delle volte, nonostante si sia basato su sei operazioni quantistiche che avrebbero dovuto funzionare individualmente solo circa il 98,9% delle volte.
Potrebbe non sembrare una grande differenza, ma è un passo cruciale nel tentativo di realizzare computer quantistici molto più grandi. Se le sei operazioni quantistiche fossero lavoratori della catena di montaggio, ciascuno focalizzato su un compito, la catena di montaggio produrrebbe solo lo stato iniziale corretto il 93,6% delle volte (98,9% moltiplicato per se stesso sei volte), circa dieci volte peggiore dell'errore misurato nell'esperimento. Questo miglioramento è dovuto al fatto che nell'esperimento i pezzi imperfetti lavorano insieme per ridurre al minimo la possibilità che errori quantistici aggravino e rovinino il risultato, in modo simile ai lavoratori vigili che rilevano gli errori l'uno dell'altro.
Creando con successo un qubit logico fault-tolerant con questo sistema, i ricercatori hanno dimostrato che progetti attenti e creativi hanno il potenziale per liberare il calcolo quantistico dal vincolo degli inevitabili errori dell'attuale stato dell'arte. I qubit logici fault-tolerant sono un modo per aggirare gli errori nei qubit moderni e potrebbero essere la base di computer quantistici che sono sia affidabili che abbastanza grandi per usi pratici.
Quindi, mentre la perfezione potrebbe non essere mai a portata di mano, la correzione degli errori può rendere le prestazioni di un computer buone quanto richiesto, purché ci si possa permettere il prezzo di utilizzare risorse extra. I ricercatori prevedono di utilizzare la correzione degli errori quantistici per integrare in modo simile i loro sforzi per creare qubit migliori e consentire loro di costruire computer quantistici senza dover superare tutti gli errori di cui soffrono i dispositivi quantistici.