Quantum Computing Un passo più vicino alle applicazioni del mondo reale
Mentre si prevede che il mercato dell’informatica quantistica raggiungerà i 65 miliardi di dollari entro il 2030, ci sono ancora molti ostacoli prima che entri nell’implementazione nel mondo reale. Detto questo, l’informatica quantistica ha il potenziale per risolvere molti dei nostri problemi più complessi. I team di ricerca delle università e delle istituzioni private di tutto il mondo stanno lavorando duramente per rendere questo una realtà.
Uno di questi team è guidato da Xu Yi, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la School of Engineering and Applied Science dell’Università della Virginia.
Il suo team ha creato una nicchia nella fisica e nelle applicazioni dei dispositivi fotonici, che vengono utilizzati per rilevare e modellare la luce per applicazioni come le comunicazioni e l’informatica. Il team ha sviluppato una piattaforma di calcolo quantistico scalabile che riduce drasticamente il numero di dispositivi necessari per raggiungere la velocità quantistica ed è stata in grado di avvenire su un chip fotonico delle dimensioni di un centesimo.
Il team comprendeva anche Olivier Pfister, professore di ottica quantistica e informazioni quantistiche presso l’UVA, e Hansuek Lee, assistente professore presso l’Istituto avanzato di scienza e tecnologia coreano.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications .
È stato anche supportato da Zijiao Yang, dottorando in fisica, e Mandana Jahanbozorgi, dottore di ricerca. studente di ingegneria elettrica e informatica. I due sono i co-primi autori del documento.
Informazioni sull’informatica e l’elaborazione quantistica
L’informatica quantistica apre un nuovo modo di elaborare le informazioni e consente al computer desktop o laptop di elaborare le informazioni in lunghe stringhe di bit. Un bit contiene un valore zero o uno e i computer quantistici elaborano le informazioni in parallelo, il che significa che non è necessario attendere l’elaborazione di una sequenza di informazioni prima di passare ad altre. Un qubit è l’elemento fondamentale dell’informatica quantistica ed è un’unità di informazione che può essere uno e zero allo stesso tempo. Una modalità quantistica, d’altra parte, copre l’intero spettro di variabili tra uno e zero.
I ricercatori stanno ora lavorando su diversi approcci per produrre in modo efficiente un gran numero di qumode necessari per raggiungere velocità quantistiche.
Il nuovo approccio basato sulla fotonica sviluppato da Yi è particolarmente utile poiché anche un campo di luce è a spettro completo. Ciò significa che ogni onda luminosa nello spettro ha il potenziale per diventare un’unità quantistica. Yi ipotizzò che la luce avrebbe raggiunto uno stato quantico se i campi di luce fossero stati intrecciati.
Creare il sistema
Il team di Yi ha creato una sorgente quantistica in un microrisonatore ottico, una struttura a forma di anello di dimensioni millimetriche che avvolge i fotoni prima di generare un microscopio, un dispositivo che converte i fotoni da lunghezze d’onda singole a multiple. La luce circola attorno all’anello e accumula potenza ottica, che quindi aumenta le possibilità di interazione dei fotoni. Questo a sua volta produce un entanglement quantistico tra i campi di luce nel microcomb.
Il team di Yi ha utilizzato il multiplexing per verificare la generazione di 40 qumode da un singolo microrisonatore su un chip e hanno dimostrato che il multiplexing dei modi quantistici può funzionare in piattaforme fotoniche integrate.
“Stimiamo che quando ottimizziamo il sistema, possiamo generare migliaia di qumode da un singolo dispositivo”, ha affermato Yi.
Attraverso la tecnica di multiplexing di Yi, ci stiamo avvicinando all’utilizzo del calcolo quantistico attraverso 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 del numero di dispositivi. Il multiplexing riduce questo numero di dispositivi di due o tre ordini di grandezza.
Ci sono altri due vantaggi nel sistema basato sulla fotonica di Yi. Innanzitutto, 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 microrisonatore su un chip di silicio utilizzando tecniche di litografia standard. Ciò significa che il risonatore o la sorgente quantistica potrebbero essere prodotti in serie.
“Siamo orgogliosi di spingere le frontiere dell’ingegneria nel calcolo quantistico e accelerare la transizione dall’ottica di massa alla fotonica integrata”, ha affermato Yi. “Continueremo a esplorare modi per integrare dispositivi e circuiti in una piattaforma di calcolo quantistico basata sulla fotonica e ottimizzarne le prestazioni”.
