La meccanica quantistica ha raggiunto un traguardo significativo con lo sviluppo di un metodo innovativo per verificare l'autenticità degli stati quantistici senza fare affidamento sulla precisione degli strumenti di misura. Un team di ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina ha dimostrato come sia possibile certificare in modo indipendente dal dispositivo i sottospazi genuinamente entangled, aprendo nuove prospettive per la correzione degli errori quantistici. Questa scoperta, pubblicata su Reports on Progress in Physics, rappresenta un passo cruciale verso sistemi quantistici più affidabili e robusti.
Il cuore della rivoluzione: i sottospazi genuinamente entangled
Nel panorama dell'informazione quantistica, i sottospazi genuinamente entangled (GES) rappresentano strutture particolarmente preziose per la loro capacità di mantenere correlazioni quantistiche tra qualsiasi coppia di sottosistemi. Questi ambienti quantistici speciali trovano la loro applicazione più promettente nella progettazione di codici di correzione degli errori quantistici. La loro peculiarità risiede nella capacità di prevenire la propagazione degli errori causati dalla decoerenza locale, codificando l'informazione quantistica all'interno del sottospazio protetto.
I ricercatori hanno sviluppato una nuova disuguaglianza di Bell basata sul framework dei codici stabilizzatori, creando uno strumento universale per caratterizzare questi sottospazi entangled. La caratteristica rivoluzionaria di questo approccio è che qualsiasi stato quantistico presente nel sottospazio, inclusi gli stati misti, può violare massimamente questa disuguaglianza.
Due piattaforme, un unico obiettivo
Per validare la loro teoria, il team ha condotto esperimenti su due piattaforme tecnologicamente diverse: sistemi fotonici e superconduttori. Entrambi gli approcci hanno implementato il codice quantistico a cinque qubit, dimostrando la versatilità del metodo proposto. I risultati hanno mostrato una fedeltà del sottospazio logico superiore all'82% per i sistemi fotonici e del 62% per quelli superconduttori.
L'aspetto più notevole di questo processo è la sua indipendenza dal dispositivo: la certificazione si basa esclusivamente sui dati osservati sperimentalmente, senza richiedere assunzioni sulla precisione o affidabilità dell'equipaggiamento utilizzato. Questo rappresenta un cambio di paradigma fondamentale nel campo della verifica quantistica.
La prova del nove: simulazione degli errori
Per testare la robustezza del loro metodo, i ricercatori hanno deliberatamente introdotto errori simulando scenari di errore su singoli bit fisici. I risultati hanno confermato l'efficacia dell'approccio: quando gli stati logici venivano corrotti, perdevano completamente la capacità di violare la disuguaglianza di Bell, segnalando chiaramente la loro deviazione dal sottospazio logico target.
Questa capacità di monitoraggio in tempo reale dell'evoluzione dello spazio degli stati quantistici logici rappresenta un avanzamento significativo per il controllo qualità nei sistemi quantistici. Il team, guidato dai professori Guo Guangcan e Liu Biheng in collaborazione con Origin Quantum Computing Company Limited, ha dimostrato che è possibile estendere la certificazione indipendente dal dispositivo oltre i tradizionali stati e misurazioni quantistiche.
Verso un futuro quantistico più sicuro
Le implicazioni di questa ricerca si estendono ben oltre l'ambito accademico, offrendo strumenti pratici per la certificazione di strutture quantistiche complesse in ambienti sperimentali reali. La capacità di verificare l'autenticità degli stati quantistici senza dipendere dalla precisione degli strumenti di misura potrebbe accelerare lo sviluppo di computer quantistici più affidabili e sistemi di comunicazione quantistica più sicuri.
Questo metodo pionieristico apre la strada a una nuova generazione di protocolli di verifica quantistica che potrebbero diventare standard nell'industria quantistica emergente. La combinazione di rigore teorico e validazione sperimentale su multiple piattaforme tecnologiche dimostra la maturità raggiunta da questo campo di ricerca, promettendo applicazioni concrete nel prossimo futuro della computazione quantistica.
