I fisici sviluppano un algoritmo per rendere più efficienti i calcoli quantistici

L’elaborazione quantistica è uno degli strumenti più potenti a disposizione della società, con la potenzialità di risolvere molti dei problemi estremamente complessi che i computer classici non possono gestire. Tuttavia, per raggiungere i computer quantistici più potenti, è necessario aumentare l’efficienza.

I fisici quantistici dell’Università del Sussex stanno affrontando questo problema di efficienza. Hanno creato un nuovo algoritmo che può aumentare la velocità del tasso di calcolo nei computer quantistici attualmente in sviluppo. L’algoritmo fornisce un nuovo modo per instradare gli ioni intorno al computer quantistico, aumentando l’efficienza dei calcoli.

L’algoritmo di “instradamento” è stato descritto nel paper di ricerca intitolato “Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer“, pubblicato sulla rivista Advanced Quantum Technologies.

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

Hensinger e Webber hanno recentemente lanciato la loro azienda, Universal Quantum. L’obiettivo è costruire il primo computer quantistico su larga scala, e vari investitori tecnologici di alto livello hanno espresso interesse.

Algoritmo di instradamento

L’algoritmo di instradamento funziona regolando il traffico in un computer quantistico, rendendo possibile il trasporto fisico dei qubit su lunghe distanze. Ciò consente ai qubit di interagire con altri qubit, e i dati possono muoversi efficientemente all’interno del computer quantistico senza intasamenti.

Uno degli aspetti fondamentali dei computer quantistici sono i qubit, o bit quantistici, utilizzati per elaborare le informazioni. Il team ha analizzato un computer quantistico “a ioni intrappolati”, che consiste in microchip di silicio con atomi carichi. Questi atomi carichi, o ioni, levitano sopra la superficie del microchip e vengono utilizzati per archiviare i dati. Ogni ione può contenere un qubit di informazione.

Per eseguire calcoli su questo tipo di computer quantistico, gli ioni devono essere mossi. La potenza del computer quantistico dipende da quanto velocemente e efficientemente ciò può accadere.

Superconduttività vs ioni intrappolati

Esistono due dispositivi principali utilizzati nel campo dell’elaborazione quantistica: dispositivi superconduttivi e dispositivi a ioni intrappolati.

I dispositivi superconduttivi sono utilizzati da alcune grandi aziende come IBM e Google (GOOGL ), mentre i dispositivi a ioni intrappolati sono utilizzati dal team dell’Università del Sussex e da altre aziende.

I computer quantistici superconduttivi si basano su qubit stazionari, e la maggior parte delle volte possono interagire solo con qubit adiacenti. Per eseguire calcoli tra qubit non adiacenti, è necessario comunicare attraverso una catena di qubit adiacenti.

Man mano che le informazioni si muovono da un qubit all’altro, diventano più corrotte quanto più lunga è la catena. A causa di ciò, i computer quantistici superconduttivi sono considerati dal team come aventi una potenza computazionale limitata.

A causa di queste limitazioni, il team ha deciso di sviluppare un nuovo algoritmo di instradamento per l’architettura a ioni intrappolati. Il metodo attuale per misurare la potenza computazionale dei computer quantistici a breve termine è il “Volume quantistico”, che il team ha potuto utilizzare per confrontare il loro modello con quelli superconduttivi.

Il team ha scoperto che il loro modello a ioni intrappolati era più coerente e performante rispetto a quello dei qubit superconduttivi, e ciò era dovuto al fatto che il loro algoritmo consentiva ai qubit di interagire direttamente con più qubit. Questo metodo produce una potenza computazionale attesa più alta.

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

Secondo Hensinger, “In effetti, questo lavoro è un altro passo verso la costruzione di computer quantistici pratici che possano risolvere problemi del mondo reale”.