Rutgers e IBM riportano un controllo di feedback in tempo reale su 100 qubit
Ricercatori di Rutgers, IBM e istituzioni partner hanno utilizzato un chip Heron da 156 qubit per dimostrare misurazione e reset ripetuti su fino a 100 qubit.
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Ricercatori di Rutgers, IBM e di diverse istituzioni partner affermano di aver dimostrato un feedback quantistico in tempo reale su un massimo di 100 qubit, utilizzando misurazioni e reset ripetuti mentre un processore continuava a funzionare. Secondo l’annuncio, il lavoro è stato svolto su un processore IBM Quantum Heron da 156 qubit ed è descritto in uno studio pubblicato su Nature Physics. Il risultato affronta un requisito fondamentale per il calcolo quantistico fault-tolerant: la capacità di monitorare parti di un sistema e intervenire ripetutamente senza interrompere il calcolo.
Che cosa è stato annunciato
Il team afferma di aver utilizzato una catena connessa di fino a 100 qubit sull’hardware Heron di IBM per verificare se un processore quantistico potesse alternare in tempo reale due comportamenti: distribuire l’informazione tra qubit vicini e misurare quindi resettare singoli qubit per sopprimere tale diffusione.
In totale, l’esperimento ha coinvolto quasi 5.000 operazioni a due qubit e quasi 5.000 misurazioni e reset, secondo il rapporto. I ricercatori lo descrivono come la più grande dimostrazione riuscita finora di questo tipo di controllo basato sul feedback.
Jedediah Pixley, professore di Rutgers e uno degli autori senior, ha detto che il settore dovrà eseguire controlli e correzioni di questo tipo molte volte durante un calcolo per raggiungere la tolleranza agli errori. Maika Takita, autrice senior di IBM, ha detto che la sfida consisteva nel ripetere le misurazioni mentre il resto del processore continuava a operare, invece di mettere in pausa il sistema.
I dettagli tecnici
L’esperimento ha impostato una competizione tra due processi. Un processo diffondeva l’informazione tra qubit vicini, creando dinamiche sempre più caotiche. L’altro processo misurava qubit selezionati e li resettava, spingendo il sistema verso uno stato ordinato scelto dai ricercatori.
Variando la frequenza con cui si verificava ciascun processo, il team ha osservato un comportamento di soglia. Quando la diffusione caotica avveniva per più della metà del tempo, il sistema rimaneva caotico. Quando prevalevano controllo e reset, il sistema entrava in un regime ordinato e controllabile. In prossimità di un equilibrio tra i due, una piccola variazione nella frequenza dei due processi cambiava bruscamente il sistema.
Secondo i ricercatori, questo cambiamento netto corrisponde al quadro di una transizione di fase: il sistema quantistico passa collettivamente dal caos al controllo. Haining Pan, co-primo autore, ha detto che la transizione diventava più nettamente definita man mano che il team studiava sistemi più grandi, e che i dati sperimentali coincidevano con le aspettative teoriche.
Il rapporto spiega anche perché il risultato è importante per la correzione degli errori. L’informazione quantistica non può semplicemente essere copiata, e la misurazione può perturbare lo stato su cui si sta calcolando. Una macchina pratica fault-tolerant deve quindi rilevare e correggere ripetutamente gli errori preservando al tempo stesso l’informazione codificata.
Perché è importante
L’annuncio presenta il risultato sia come una dimostrazione di fisica sia come un traguardo di ingegneria dei sistemi. Sul fronte della fisica, supporta una previsione teorica secondo cui interventi ripetuti possono indurre una transizione da dinamiche quantistiche incontrollate a un regime ordinato e controllabile. Sul fronte hardware, mostra l’hardware superconduttivo attuale coordinare porte quantistiche, misurazioni e reset migliaia di volte su un dispositivo di grandi dimensioni.
Questo non significa che il calcolo quantistico fault-tolerant sia stato raggiunto. Il rapporto osserva esplicitamente che nessuno ha ancora costruito un computer quantistico fault-tolerant. Ma la capacità di eseguire su larga scala cicli ripetuti di misurazione e reset è uno degli elementi operativi che questi sistemi richiederanno.
Cosa osservare
La domanda successiva è come tecniche di questo tipo si traducano in protocolli completi di correzione degli errori, invece che in esperimenti di fisica controllata. Lo studio suggerisce che le capacità di circuiti dinamici di IBM possono sostenere lunghe sequenze di operazioni interleaved su grandi sottoinsiemi di qubit, un aspetto rilevante per future dimostrazioni di qubit logici.
La collaborazione ha incluso ricercatori di Rutgers, IBM, City College of New York, CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University e Louisiana State University. Come riportato nell’annuncio, il processore ha permesso al team di studiare sistemi molto più grandi rispetto ai circa due dozzine di qubit che potevano simulare su computer convenzionali.
Fonti
I fatti riportati in questa pagina provengono dalle fonti sotto indicate, raccolte da DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com