I ricercatori IBM, in collaborazione con l’Università RWTH di Aquisgrana e Quantum Elements, hanno battuto il precedente record di calcolo quantistico sostenuto ad alta fedeltà su qubit superconduttori. La scoperta, pubblicata su Nature Communications il 27 febbraio, affronta una sfida fondamentale nell’informatica quantistica: mantenere calcoli stabili abbastanza a lungo da eseguire algoritmi complessi.
Il problema dell’instabilità quantistica
I computer quantistici si affidano ai qubit, l’equivalente quantistico dei bit, per elaborare le informazioni. A differenza dei bit classici, i qubit sono intrinsecamente fragili, suscettibili al rumore derivante da vibrazioni anche minime o disturbi ambientali. Questa fragilità costringe gli scienziati a raggruppare più qubit fisici insieme in “qubit logici” come forma di ridondanza, ma anche questo approccio è vulnerabile agli “errori logici” – dove più qubit fisici falliscono simultaneamente, corrompendo il calcolo.
Il problema è particolarmente acuto nei processori IBM “Kiev” e “Marrakesh” da 127 qubit, che soffrono di un tipo specifico di rumore chiamato “ZZ crosstalk”. I metodi tradizionali di correzione degli errori faticano a scalare in modo efficace senza introdurre errori aggiuntivi.
La soluzione: normalizzatore di disaccoppiamento dinamico (NDD)
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un nuovo protocollo ibrido di soppressione degli errori chiamato Normalizer Dynamical Decoupling (NDD). Invece di applicare impulsi di riduzione del rumore solo a livello hardware, NDD regola la tempistica di questi impulsi per sincronizzarsi con il codice quantistico in esecuzione. Ciò richiede un “normalizzatore” matematico che sintonizzi dinamicamente gli impulsi, consentendo loro di contrastare il rumore in modo più efficiente.
I risultati sono significativi:
* Il picco di fedeltà di codifica ha raggiunto il 98,05% : un valore superiore a qualsiasi altro registrato in precedenza.
* Questa fedeltà è stata mantenuta all’84,87% per 55 microsecondi, più del doppio del record precedente di 27 microsecondi.
Perché è importante
Quanto più a lungo un computer quantistico riesce a mantenere un’alta fedeltà, tanto più complessi saranno i calcoli che potrà eseguire. 55 microsecondi sostenuti consentono circa 4.500-5.500 operazioni quantistiche consecutive prima del degrado dei dati. Sebbene possa sembrare incrementale, si tratta di un miglioramento sostanziale.
L’obiettivo finale dell’informatica quantistica è affrontare problemi impossibili per i computer classici, come violare la crittografia moderna. Attività come l’esecuzione dell’algoritmo di Shor potrebbero richiedere settimane o mesi su un sistema quantistico capace, rispetto a trilioni di anni su una macchina classica.
Questa pietra miliare avvicina quel futuro, dimostrando che è possibile realizzare un calcolo quantistico duraturo e ad alta fedeltà. Il successo del team sottolinea l’importanza delle tecniche ibride di soppressione degli errori e di ottimizzazione dinamica nel progresso della tecnologia quantistica.
