È arrivato un risultato degno di nota da parte di Google riguardo ai tassi di errore, uno dei maggiori problemi tecnici che ostacolano l'uso diffuso e affidabile dei computer quantistici. L'azienda ha ridotto di circa 40 volte gli errori che si verificano durante la preparazione di determinati stati quantistici, utilizzando il metodo di "magic state cultivation" (coltivazione di stati magici) sperimentato sul processore quantistico Willow.
Negli esperimenti, è stato riferito che l'accuratezza degli stati logici T, che possono essere utilizzati in calcoli quantistici complessi, ha raggiunto il livello del 99,99%. Questo risultato dimostra che i computer quantistici devono progredire non solo producendo più qubit, ma anche garantendo che su tali qubit possano essere eseguite operazioni affidabili.
IL NUOVO METODO PUNTA A MINORI RISORSE
I qubit utilizzati nei computer quantistici sono estremamente sensibili alle influenze ambientali. Per questo motivo, l'identificazione e la correzione degli errori che emergono durante il calcolo sono di importanza critica per l'usabilità del sistema. Tuttavia, alcune operazioni quantistiche non possono essere eseguite direttamente e con basso tasso di errore su qubit protetti da approcci classici di correzione degli errori.
A questo punto entrano in gioco stati quantistici speciali chiamati "magic state". Tali stati sono considerati necessari affinché i computer quantistici possano eseguire operazioni più complesse. Tuttavia, la preparazione di questi stati con elevata precisione richiede notevoli risorse hardware e di calcolo nei metodi tradizionali.
Uno degli approcci attuali, la "magic state distillation" (distillazione di stati magici), si basa sull'ottenimento di un numero inferiore ma più affidabile di risultati a partire da un gran numero di stati quantistici potenzialmente errati. Questo processo può essere così costoso da consumare gran parte delle risorse dei futuri computer quantistici. Inoltre, poiché ogni "magic state" può essere utilizzato solo una volta, il sistema deve produrre costantemente nuovi stati.
Il metodo di "magic state cultivation" sperimentato da Google si basa invece sulla preparazione di uno stato quantistico potenzialmente errato in un'area ridotta e sul suo controllo tramite misurazioni precise. Mentre i tentativi falliti vengono eliminati, lo stato quantistico riuscito può essere esteso a una struttura più ampia. In questo modo, invece di produrre pochi buoni risultati da un gran numero di stati difettosi, si punta a un'elevata precisione partendo da un sistema più piccolo.
TEST HARDWARE REALE SU WILLOW
Durante la sperimentazione del metodo su hardware reale, il team di Google ha dovuto affrontare alcune difficoltà tecniche. Mentre nelle prime misurazioni sono state osservate deviazioni impreviste, i test e le simulazioni condotti hanno rivelato che il problema era legato al rumore proveniente dalle apparecchiature elettriche in laboratorio e alle variazioni di temperatura.
I ricercatori hanno quindi apportato miglioramenti ai sistemi di controllo del processore e hanno sviluppato una nuova tecnica di misurazione chiamata "kickback tomography" per valutare l'accuratezza degli stati quantistici. Questa tecnica ha ridotto l'effetto del rumore riscontrato nelle misurazioni precedenti, consentendo una valutazione più affidabile dei risultati.
Google ha inoltre dimostrato che gli stati quantistici preparati possono essere trasferiti tra diversi metodi di correzione degli errori. Con una tecnica chiamata "grafting" (innesto), è stato effettuato il passaggio da un codice colore con distanza 3 a un codice di superficie con distanza 5. Il codice colore e il codice di superficie sono noti come due diversi approcci utilizzati per rilevare e correggere gli errori nel computer quantistico.
La dimostrazione di questo trasferimento su un vero processore quantistico è considerata importante per i sistemi futuri in grado di utilizzare insieme diversi metodi di correzione degli errori. Tuttavia, l'emergere di errori aggiuntivi durante la transizione indica che il metodo deve ancora essere perfezionato per un uso pratico.
Il risultato di Google rivela che l'approccio di "magic state cultivation" non rimane solo a livello teorico e può essere applicato sull'hardware quantistico. Tuttavia, affinché il metodo possa essere utilizzato in computer quantistici su scala reale, deve dimostrare un successo simile anche in sistemi molto più grandi.
Fonte della notizia: 12punto
