Nuova tecnica consente l’intreccio quantistico a distanza
Perché è importante: I computer quantistici promettono di affrontare problemi che superano le capacità anche dei supercomputer più avanzati. Tuttavia, raggiungere questo obiettivo presenta delle sfide notevoli. Uno degli ostacoli più grandi è collegare efficacemente più processori quantistici in modo che possano condividere informazioni senza errori. Un nuovo dispositivo di interconnessione sviluppato dai ricercatori del MIT potrebbe risolvere questo problema.
I sistemi di calcolo quantistico attuali si affidano a connessioni “punto a punto” ingombranti, dove i dati vengono trasferiti in una catena e devono saltare tra i nodi. Sfortunatamente, ogni salto aumenta anche la probabilità di errori.
Per affrontare questo problema, i ricercatori del MIT hanno sviluppato un componente di interconnessione quantistica che permette ai processori superconduttori di comunicare direttamente tra loro senza un intermediario. Il dispositivo utilizza fotoni a microonde per trasportare dati e potrebbe finalmente aprire la strada a un supercomputer quantistico scalabile e resistente agli errori.
Al centro di questa svolta c’è un filo superconduttore (un’onda guida), che funge da autostrada quantistica consentendo ai fotoni di spostarsi rapidamente tra i processori. Il team ha collegato due moduli quantistici a questa onda guida, consentendo loro di inviare e ricevere fotoni a richiesta. Ogni modulo contiene quattro qubit che agiscono come un’interfaccia e convertono i fotoni in dati quantistici utilizzabili.
Lo sviluppo di computer quantistici accurati e scalabili implica la creazione di intreccio a distanza. Questo fenomeno strano collega due particelle quantistiche che allineano istantaneamente il proprio stato indipendentemente dalla distanza. I qubit intrecciati funzionano come un unico sistema, permettendo l’esecuzione di algoritmi strabilianti che i computer tradizionali non potrebbero mai realizzare.
Purtroppo, semplicemente scambiarsi fotoni completi non permette l’intreccio. Pertanto, i ricercatori hanno ideato un processo insolito che interrompe il processo di emissione a metà strada. Facendo ciò, il sistema rimane in un bizzarro limbo quantistico dove il fotone è paradossalmente emesso e trattenuto contemporaneamente. Quando il modulo ricevente assorbe questo “mezzo fotone”, i due processori diventano intrecciati, anche se non sono fisicamente collegati.
I ricercatori devono anche affrontare la distorsione dei fotoni durante il viaggio, il che li rende più difficili da catturare. Per risolvere questo problema, il team ha addestrato un algoritmo per modellare la forma del fotone per massimizzare l’assorbimento. Il risultato è stato un tasso di successo del 60 percento, sufficientemente alto per confermare un autentico intreccio. Questi risultati sono simili al metodo di Oxford, che utilizza una trappola ionica per creare un intreccio di successo il 70 percento delle volte.
Le implicazioni sono enormi. A differenza delle configurazioni quantistiche attuali, questa architettura supporta una connettività “tutti-a-tutti”, il che significa che qualsiasi numero di processori può comunicare direttamente. Miglioramenti futuri come l’integrazione 3D o protocolli più veloci potrebbero anche aumentare i tassi di assorbimento.
“In linea di principio, il nostro protocollo di generazione di intreccio a distanza può essere espanso anche ad altri tipi di computer quantistici e a sistemi più grandi di internet quantistico,” ha concluso Aziza Almanakly, studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica.
Il team ha recentemente pubblicato la sua ricerca su Nature Physics. È anche degno di nota che gli sforzi del MIT sono stati finanziati dall’Ufficio di Ricerca dell’Esercito degli Stati Uniti, dal Centro AWS per il Calcolo Quantistico e dall’Ufficio di Ricerca Scientifica dell’Aeronautica Militare degli Stati Uniti.
Crediti immagine: Ella Maru Studio
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Nicola Costanzo esplora il mondo della tecnologia e dell’innovazione. I suoi articoli illuminano le sfide digitali che plasmano il nostro futuro.