I fisici sviluppano un algoritmo per eseguire calcoli quantistici più efficienti

L’informatica quantistica è uno degli strumenti più potenti a disposizione della società, con il potenziale per risolvere molti dei problemi estremamente complessi che i computer classici non sono in grado di gestire. Tuttavia, per ottenere computer quantistici più potenti, è necessario un aumento dell’efficienza.

I fisici quantistici dell'Università del Sussex stanno affrontando questo problema di efficienza. Hanno creato un nuovo algoritmo in grado di aumentare la velocità del tasso di calcoli nei computer quantistici attualmente in fase di sviluppo. L'algoritmo fornisce un nuovo modo per instradare gli ioni attorno al computer quantistico, il che aumenta l'efficienza dei calcoli. 

L'"algoritmo di routing" è stato dettagliato nel documento di ricerca intitolato "Routing efficiente di Qubit per un computer quantistico a ioni intrappolati connesso a livello globale”, che è stato pubblicato sulla rivista Tecnologie quantistiche avanzate.

Il team era guidato dal professor Winfried Hensinger e comprendeva Mark Webber, il dottor Steven Haerbert e il dottor Sebastian Weidt. 

Hensinger e Webber hanno recentemente lanciato la loro compagnia, Universal Quantum. Mira a costruire il primo computer quantistico su larga scala e vari investitori tecnologici di alto livello hanno espresso interesse. 

Algoritmo di instradamento

L'algoritmo di routing funziona regolando il traffico in un computer quantistico, rendendo possibile il trasporto fisico dei quibit su lunghe distanze. Ciò consente ai quibit di interagire con gli altri e i dati sono in grado di muoversi in modo efficiente all'interno del computer quantistico senza inceppamenti. 

Uno degli aspetti fondamentali dei computer quantistici sono i bit quantistici, o quibit, che vengono utilizzati per elaborare le informazioni. Il team ha prima analizzato un computer quantistico a "ioni intrappolati", costituito da microchip di silicio con atomi carichi. Questi atomi carichi, o ioni, levitano sopra la superficie del microchip e vengono utilizzati per memorizzare i dati. Ogni ione è in grado di contenere un bit quantico di informazioni.

Per eseguire calcoli su questo tipo di computer quantistico, gli ioni devono essere spostati. La potenza del computer quantistico dipende dalla velocità e dall'efficienza con cui ciò può avvenire.

Superconduttore vs Ione intrappolato

Esistono due dispositivi principali utilizzati nel campo dell'informatica quantistica: dispositivi superconduttori e dispositivi ionici intrappolati. 

I dispositivi superconduttori sono utilizzati da alcune delle grandi aziende come IBM e Google, mentre i dispositivi ionici intrappolati sono utilizzati dal team dell'Università del Sussex e da altre società. 

I computer quantistici superconduttori si basano su quibit fissi e la maggior parte delle volte questi possono interagire solo con quibit che si trovano uno accanto all'altro. Affinché i calcoli abbiano luogo tra quibit che non sono direttamente uno accanto all'altro, è necessario che ci sia comunicazione attraverso una catena di quibit adiacenti. 

Man mano che le informazioni si spostano da un qubit all'altro e così via, diventano più corrotte quanto più lunga è la catena. Per questo motivo, il team ritiene che i computer quantistici superconduttori abbiano una potenza di calcolo limitata. 

A causa di queste limitazioni, il team ha scelto di sviluppare un nuovo algoritmo di instradamento per l'architettura di ioni intrappolati. L'attuale metodo per misurare la potenza computazionale dei computer quantistici a breve termine è il "volume quantico", che il team è stato in grado di utilizzare per confrontare il proprio modello con quelli superconduttori. 

Il team ha scoperto che il loro modello di ioni intrappolati era più coerente e funzionava meglio di quello del qubit superconduttore, e ciò era dovuto al loro algoritmo che permetteva ai quibit di interagire direttamente con più quibit. Questo metodo si traduce in una maggiore potenza computazionale attesa. 

“Ora possiamo prevedere la potenza computazionale dei computer quantistici che stiamo costruendo. Il nostro studio ha indicato un vantaggio fondamentale per i dispositivi ionici intrappolati e il nuovo algoritmo di routing ci consentirà di massimizzare le prestazioni dei primi computer quantistici", ha affermato Webber. 

Secondo Hensinger, "In effetti, questo lavoro è un altro trampolino di lancio verso la costruzione di pratici computer quantistici in grado di risolvere problemi del mondo reale".