Quantum Computing Un Passo più Vicino alle Applicazioni nel Mondo Reale

Mentre il mercato del quantum computing è previsto raggiungere i 65 miliardi di dollari entro il 2030, ci sono ancora molti ostacoli prima che entri nell’implementazione nel mondo reale. Detto questo, il quantum computing ha il potenziale per risolvere molti dei nostri problemi più complessi. Team di ricerca in università e istituzioni private in tutto il mondo stanno lavorando sodo per rendere questa realtà.

Uno di questi team è guidato da Xu Yi, professore assistente di ingegneria elettrica e informatica alla University of Virginia School of Engineering and Applied Science.

Il suo team ha creato un nicchia nella fisica e nelle applicazioni dei dispositivi fotonici, che vengono utilizzati per rilevare e modellare la luce per applicazioni come le comunicazioni e il calcolo. Il team ha sviluppato una piattaforma di quantum computing scalabile che riduce drasticamente il numero di dispositivi necessari per raggiungere la velocità quantistica, e ciò è stato possibile su un chip fotonico delle dimensioni di una moneta da un centesimo.

Il team includeva anche Olivier Pfister, professore di ottica quantistica e informazione quantistica alla UVA, e Hansuek Lee, professore assistente al Korean Advanced Institute of Science and Technology.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.

La ricerca è stata anche supportata da Zijiao Yang, studente di dottorato in fisica, e Mandana Jahanbozorgi, studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica. I due sono i co-autori principali del documento.

Quantum Computing e Informazioni di Elaborazione

Il quantum computing apre una nuova strada per l’elaborazione delle informazioni, e consente al tuo computer desktop o laptop di elaborare informazioni in lunghe stringhe di bit. Un bit può avere solo un valore di zero o uno, e i computer quantistici elaborano le informazioni in parallelo, il che significa che non devono aspettare che una sequenza di informazioni sia stata elaborata prima di passare ad altre. Un qubit è l’unità fondamentale del quantum computing, e rappresenta un’unità di informazione che può essere allo stesso tempo zero e uno. Una modalità quantistica, d’altra parte, copre l’intero spettro di variabili tra zero e uno.

I ricercatori stanno ora lavorando su diversi approcci per produrre efficientemente grandi numeri di qumodi necessari per raggiungere le velocità quantistiche.

Il nuovo approccio basato sulla fotonica sviluppato da Yi è particolarmente utile poiché un campo di luce è anche a pieno spettro. Ciò significa che ogni onda luminosa nello spettro ha il potenziale di diventare un’unità quantistica. Yi ha ipotizzato che la luce avrebbe raggiunto uno stato quantistico se i campi di luce fossero stati intrecciati.

Creazione del Sistema

Il team di Yi ha creato una sorgente quantistica in un microresonatore ottico, che è una struttura anulare di millimetri che avvolge i fotoni prima di generare un microscopio, un dispositivo che converte i fotoni da una lunghezza d’onda singola a multiple lunghezze d’onda. La luce circola intorno all’anello e aumenta la potenza ottica, il che aumenta le probabilità di interazione dei fotoni. Ciò produce un intreccio quantistico tra i campi di luce nel microcomb.

Il team di Yi ha utilizzato la multiplexing per verificare la generazione di 40 qumodi da un singolo microresonatore su un chip, e hanno dimostrato che la multiplexing delle modalità quantistiche può funzionare su piattaforme fotoniche integrate.

“Stimiamo che, quando ottimizzeremo il sistema, potremo generare migliaia di qumodi da un singolo dispositivo”, ha detto Yi.

Attraverso la tecnica di multiplexing di Yi, ci stiamo avvicinando all’utilizzo del quantum computing in condizioni del mondo reale, dove ci sono errori inevitabili. Questi errori sono dovuti agli stati quantistici e alla loro natura fragile.

Il numero di errori potrebbe richiedere oltre un milione di qubit per compensarli, e c’è un aumento proporzionale nel numero di dispositivi. La multiplexing riduce questo numero di dispositivi di due o tre ordini di grandezza.

Ci sono due altri vantaggi nel sistema basato sulla fotonica di Yi. In primo luogo, poiché il fotone non ha massa, i computer quantistici con chip fotonici integrati possono funzionare o dormire a temperatura ambiente. Lee ha anche fabbricato il microresonatore su un chip di silicio utilizzando tecniche di litografia standard. Ciò significa che il resonatore o la sorgente quantistica potrebbe essere prodotta in massa.

“Siamo orgogliosi di spingere i confini dell’ingegneria nel quantum computing e accelerare la transizione dall’ottica a massa alla fotonica integrata”, ha detto Yi. “Continueremo a esplorare modi per integrare dispositivi e circuiti in una piattaforma di quantum computing basata sulla fotonica e ottimizzare le sue prestazioni.”