Computer quantistici e simulazioni. I computer quantistici possono eseguire calcoli complessi grazie alla loro capacità di rappresentare un numero enorme di stati diversi contemporaneamente in una cosiddetta sovrapposizione quantistica e rappresentare queste sovrapposizioni di stati è incredibilmente difficile da descrivere.
Ora, un team di ricerca ha trovato un metodo relativamente semplice per simulare alcune sovrapposizioni quantistiche di stati rilevanti.
Ma c’è un grande ostacolo che li tiene ancora lontani dalla realtà quotidiana: la difficoltà nel gestire e correggere gli errori che si verificano durante i calcoli.
A differenza dei computer classici, che utilizzano bit (0 o 1) e dispongono di tecniche consolidate per rilevare e correggere gli errori, i computer quantistici operano con qubit, elementi fragili che possono trovarsi in uno stato di sovrapposizione tra 0 e 1 e questo li rende estremamente potenti, ma anche incredibilmente sensibili a qualsiasi disturbo esterno, come vibrazioni, onde elettromagnetiche o sbalzi di temperatura.
Simulazioni: quando la teoria incontra i limiti pratici
Per capire se un calcolo quantistico è stato eseguito correttamente, i ricercatori cercano di simularlo su computer tradizionali. Il problema? Alcuni di questi calcoli sono talmente complessi che nemmeno il supercomputer più potente del mondo riuscirebbe a portarli a termine prima della fine dell’universo.
Ma ora qualcosa è cambiato.
Un gruppo di ricerca composto da studiosi dell’Università di Tecnologia Chalmers (Svezia), dell’Università di Milano, dell’Università di Granada e dell’Università di Tokyo ha sviluppato un algoritmo capace di simulare calcoli quantistici corretti tramite codice d’errore, un tipo di calcolo fino ad oggi quasi impossibile da riprodurre su macchine classiche.
“Abbiamo trovato un modo per simulare un tipo di calcolo quantistico dove i metodi precedenti fallivano. Questo apre la strada alla costruzione di computer quantistici più stabili e affidabili”, spiega Cameron Calcluth, primo autore dello studio pubblicato su Physical Review Letters.
La chiave? I codici GKP
Il cuore della scoperta sta nell’uso dei codici bosonici, in particolare quelli noti come Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP). Questi codici distribuiscono l’informazione su molteplici livelli energetici di un sistema quantistico vibrante. Il problema è che questi sistemi sono difficili da simulare proprio perché contengono infiniti stati energetici teorici. Fino ad ora, nessuno era riuscito a gestire questa complessità in modo efficiente.
“I codici GKP sono fondamentali per rendere i computer quantistici più resistenti al rumore, ma simulare il loro comportamento era quasi impossibile. Finalmente abbiamo trovato un approccio matematico efficace”, aggiunge Giulia Ferrini, coautrice dello studio.
Il team ha creato uno strumento matematico completamente nuovo, che consente di simulare questi codici con una precisione mai vista prima. In pratica, ciò permette agli scienziati di testare i calcoli quantistici senza bisogno di eseguire tutto su un vero computer quantistico, ancora troppo instabile.
Un passo verso il futuro quantistico
Questa scoperta ha implicazioni enormi e finalmente è possibile simulare e validare calcoli critici per la correzione degli errori in ambiente quantistico, ossia un requisito fondamentale per rendere i futuri computer quantistici scalabili, stabili e utili nel mondo reale.
“Questo lavoro apre nuovi orizzonti per la simulazione di calcoli quantistici fondamentali che, fino a ieri, erano inaccessibili”, conclude Ferrini.
Con questa svolta, la distanza tra teoria e realtà si accorcia e i computer quantistici restano una tecnologia ancora acerba, ma la possibilità di verificarne l’affidabilità senza doverli costruire prima è un’arma potente nel cammino verso la loro piena maturità.
