Risolvere il problema della perdita di fedeltà nel calcolo quantico
I recenti progressi nel calcolo quantico hanno sempre più destato l'interesse della comunità scientifica. Grazie al massiccio parallelismo di meccanismi quantici pluricorpo che ne costituiscono la base, gli algoritmi quantici lasciano intravedere prestazioni senza precedenti nel trattamento dell'informazione. Di conseguenza, i computer quantici avranno la possibilità di simulare comportamenti meccanici complessi che vanno dai sistemi quantici ai modelli che descrivono il movimento degli elettroni nei cristalli. Nella ricerca condotta nell'ambito del progetto interdisciplinare e transnazionale EDIQIP, le reti di università e i centri di ricerca si sono concentrati sulle barriere alla decoerenza. Il trattamento dell'informazione quantica dipende dalla capacità di garantire e controllare per lunghi periodi l'evoluzione unitaria di un fascio di qubit accoppiati. Il termine 'decoerenza' include il degrado degli stati di sovrapposizione, che in sintesi porta alla perdita delle informazioni memorizzate e causa errori di calcolo. La decoerenza dovuta agli accoppiamenti inevitabili con l'ambiente circostante rappresenta uno dei maggiori ostacoli all'implementazione sperimentale di un computer quantico. Anche se non vi fossero accoppiamenti esterni, in un computer quantico sarebbero comunque presenti le imperfezioni statiche, che generano accoppiamenti residui tra qubit e variazioni nello spaziamento del livello di energia tra un qubit e l'altro. I ricercatori dell'Université Paul Sabatier si erano riproposti di studiarne l'effetto sull'accuratezza del calcolo quantico. Sono stati condotti approfonditi studi numerici e analitici su uno specifico algoritmo quantico che descrive la dinamica in uno spazio di fase misto con movimento caotico e integrabile. Sulla base della teoria di matrici random (RMT, Random matrix theory), è stata definita una legge di scala per la perdita universale di fedeltà, legge poi estesa per includervi gli effetti dissipativi. Si è constatato che, oltre alla perdita esponenziale, anche le imperfezioni causano un riduzione di Gauss che limita significativamente i tempi massimi di calcolo affidabile. Nella prossima fase della ricerca, i partner del progetto EDIQIP sfrutteranno le conoscenze e le esperienze accumulate per sviluppare un metodo generale di correzione che elimini gli effetti disastrosi delle imperfezioni statiche.
