- Il MIT sviluppa una guida d'onda che consente la comunicazione tra chip quantistici senza contatto fisico.
- Il sistema utilizza fotoni a microonde e groviglio quantistico remoto
- Un IA ottimizza la forma del fotone per migliorarne l'assorbimento e ridurre gli errori
- Questa svolta facilita la creazione di reti quantistiche scalabili e resistenti ai guasti.
Una recente scoperta del Massachusetts Institute of Technology (MIT) Offre una soluzione a una delle sfide più grandi dell'informatica quantistica: connettere più processori senza la necessità di un contatto fisico diretto. Questa innovazione potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui vengono progettati i computer quantistici del futuro, aprendo la strada a sistemi più scalabili, efficienti e meno soggetti a errori. Se sei interessato al calcolo quantistico, puoi leggere di più su Cos'è la comunicazione quantistica?.
Invece di continuare a fare affidamento su connessioni fisiche punto-punto —che introducono rumore ed errori man mano che aumenta la distanza o il numero di nodi—i ricercatori hanno sviluppato un nuovo sistema che consente ai chip quantistici di scambiare informazioni utilizzando fotoni a microonde. Questo meccanismo sfrutta il fenomeno dell'entanglement quantistico per creare un'interconnessione senza contatto tra questi moduli.
Un'“autostrada quantistica” attraverso una guida d'onda superconduttrice
Il componente centrale di questa innovazione è un cavo superconduttore che funge da guida d'onda.. Questo canale consente il trasferimento di fotoni tra diversi moduli quantistici senza la necessità di cavi aggiuntivi o di contatto diretto. Ogni modulo è dotato di quattro qubit che fungono da interfaccia tra la guida d'onda e il processore principale.
I fotoni viaggiano attraverso questa guida in modo controllatoe vengono emessi e raccolti dai qubit secondo la direzione predefinita. Questa flessibilità riduce notevolmente i limiti delle configurazioni attuali, che consentono connessioni solo tra nodi vicini.
Aziza Almanakly, studente laureato al MIT e autore principale dello studio, ha spiegato che questo sistema "consente connessioni flessibili a frequenze, tempi e persino direzioni diverse", aprendo la porta ad architetture più dinamiche e adattabili. Questo sviluppo si aggiunge ad altri progressi nel campo della chip fotonici quantistici.
Intrecci a distanza: tra il teorico e il pratico
Uno degli aspetti più sorprendenti dell'esperimento è stata l'implementazione di una tecnica per realizzare l'entanglement quantistico a distanza.. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che prevede l'interruzione della trasmissione dei fotoni nel bel mezzo della loro emissione. In questo modo, il fotone non viene né emesso né trattenuto completamente, il che, in termini quantistici, si traduce nel trovarsi in entrambi gli stati contemporaneamente.
Il risultato è che non appena il modulo ricevente assorbe questa “metà del fotone”, i due sistemi diventano interconnessi. Ciò significa che i loro stati diventano sincronizzati quantisticamente, consentendo loro di condividere informazioni senza una connessione fisica diretta tra loro. Questa innovazione offre un grande potenziale per applicazioni future, come Chip quantistico AWS Ocelot.
Questo fenomeno era già stato osservato teoricamente o in condizioni di laboratorio altamente controllate, ma non era stato integrato con successo in modo così funzionale in un sistema pratico di interconnessione di processori quantistici.
Riduzione degli errori con algoritmi di apprendimento automatico
Uno dei maggiori problemi dell'informatica quantistica è l'elevato tasso di errore. a causa dell'estrema sensibilità dei qubit e delle interferenze provenienti dall'ambiente. In questo progetto, parte del successo risiede in un algoritmo basato su intelligenza artificiale che ha contribuito a migliorare la forma del fotone emesso e il suo successivo assorbimento da parte del modulo ricevente.
L'algoritmo ha utilizzato tecniche di apprendimento di rinforzo per regolare gli impulsi a microonde che controllano i qubit. Questa regolazione consente al fotone di viaggiare in un modo preciso che massimizza la probabilità di essere assorbito senza distorsioni. Dopo aver applicato questa tecnica, i ricercatori hanno raggiunto un tasso di assorbimento del 60%, superando di gran lunga i tassi solitamente raggiunti con altre tecnologie.
Questo livello di efficienza non solo dimostra la fattibilità del sistema, ma solleva anche la possibilità di una sua espansione a reti più grandi e complesse. Secondo gli autori, l'implementazione di più moduli seguendo questo schema consentirebbe la progettazione di reti quantistiche con un'architettura "all-to-all", senza la necessità di aggiungere ulteriori collegamenti fisici. Questa idea è allineata con le prospettive sul Computer quantistico Aurora.
Possibili applicazioni e visione futura
Il sistema sviluppato dal MIT non si limita a due chip quantistici.. Il suo design modulare consente di aggiungere più processori lungo la stessa guida d'onda. Essendo basati su un protocollo comune e flessibile, questi moduli possono comunicare con tutti gli altri senza la necessità di configurare connessioni esclusive o ristrutturare il hardware esistenti.
Infatti, grazie a questa proprietà di connettività generalizzata, Gli esperti suggeriscono che il sistema potrebbe essere adattato per creare la futura Internet quantistica.. Questo tipo di rete distribuirebbe informazioni quantistiche tra computer, sensori o nodi in modo sicuro e quasi in tempo reale.
Inoltre, Il metodo dell'entanglement remoto potrebbe essere utile nei sistemi ibridi, dove diversi tipi di qubit (come i qubit a trappola ionica o quelli basati su atomi neutri) sono combinati in un'unica rete. Anche se c'è ancora molto da fare per raggiungere questo obiettivo, i principi fondamentali dimostrati dal MIT rappresentano un passo fondamentale. La combinazione di questi chip quantistici potrebbe ridefinire il futuro dell' calcolo quantistico in Cina.
Beatriz Yankelevich, un altro dei ricercatori coinvolti, spiega che “anche dopo che il fotone ha completato il suo viaggio, i qubit rimangono correlati, consentendo operazioni parallele su chip distanti, come se fossero uno accanto all’altro”.
Tra i futuri miglioramenti presi in considerazione dai ricercatori c'è l'integrazione di moduli tridimensionali, che sostituirebbero il classico cavo superconduttore con strutture più compatte e con meno punti di perdita. Si sta inoltre lavorando per accorciare il protocollo di comunicazione, in modo da ridurre al minimo l'accumulo di errori durante ogni trasmissione.
Questo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Physics e ha ricevuto il supporto di enti quali l'AWS Center for Quantum Computing, l'U.S. Army Research Office e l'Air Force Office of Science.
Grazie alle numerose innovazioni introdotte dal MIT, dalla creazione di un bus quantistico contactless all'utilizzo di algoritmi di intelligenza artificiale per ottimizzare la trasmissione delle informazioni, il panorama del calcolo quantistico ha compiuto una svolta significativa. Questa svolta non solo migliora la comunicazione tra i singoli chip, ma suggerisce anche come potrebbero essere i prossimi computer quantistici, in grado di scalare senza gli attuali limiti fisici. La possibilità di Aggroviglia i qubit da remoto, invia dati in modo flessibile e riduci gli errori Ciò dà origine ad architetture molto più praticabili per l'uso pratico nei campi scientifico e industriale e persino in campi quali la crittografia o l'intelligenza artificiale.
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