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Una crescita esponenziale delle informazioni quantistiche

Un progetto di ricerca finanziato dall'UE è stato incentrato sull'utilizzo della teoria del controllo ottimale ai fini del potenziamento dei processi correlati alle informazioni quantistiche (IQ). I lavori teorici hanno ampliato la base di conoscenze della tomografia dei processi quantistici, contribuendo a trasformare l'idea di un computer quantistico in realtà.
Una crescita esponenziale delle informazioni quantistiche
Questi strumenti che, per compiere operazioni sui dati, utilizzano proprietà meccanico-quantistiche, come ad esempio la sovrapposizione e l'intrecciamento, promettono elaborazioni di informazioni enormemente più potenti rispetto a quelle tradizionali. A loro volta, i computer quantistici consentiranno agli scienziati di eseguire algoritmi ben superiori alle capacità di qualsiasi sistema binario.

Tuttavia, per giungere all'implementazione fisica, è necessario risolvere due enormi problemi correlati alle informazioni quantistiche, ovvero, da un lato, la capacità di eseguire un'operazione unitaria auspicabile su un sistema quantistico selezionato con un elevato livello di fedeltà e, dall'altro, la preservazione della coerenza del sistema durante l'esecuzione dell'operazione stessa.

Il progetto QOC4QIP ("Quantum control applied to quantum information"), finanziato dall'UE, ha sviluppato un quadro teorico per gestire questi due problemi. In primo luogo, i ricercatori hanno adottato un metodo generale di trattamento della decoerenza senza appellarsi ad alcun assunto sull'interazione con l'ambiente di sistema e rendendo possibile una struttura di bagno non triviale. Le simulazioni numeriche, ottenute a partire dal metodo surrogato hamiltoniano esistente, hanno richiesto una combinazione di idee provenienti da diverse aree della fisica.

La seconda parte del progetto, incentrata sulla collaborazione tra ricercatori nella fase iniziale di ricerca e ricercatori più esperti, ruotava intorno alla modellizzazione finalizzata all'applicazione di algoritmi di controllo ottimale a sistemi aperti. I lavori attualmente in corso sono indirizzati alla determinazione della migliore tomografia possibile dello stato quantistico per i qubit superconduttori.

La teoria algebrica sviluppata nell'ambito del progetto QOC4QIP ha consentito di effettuare una classificazione molto più chiara dei metodi alla base di questo ambito di studio, mettendo in luce aree lacunose dal punto di vista sperimentale. La ricerca condotta è parte integrante di un più ampio lavoro di cooperazione internazionale.

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