Informatica quantistica: i qubit superconduttori hanno superato un test quantistico chiave

Un test di Bell può confermare se due sistemi sono veramente intrecciati: ora è stato utilizzato per confermare l'entanglement tra qubit in circuiti superconduttori

Di Leah Crane

10 maggio 2023

Un computer quantistico IBM che utilizza qubit superconduttori

IBM

Per la prima volta, un circuito superconduttore ha superato il test di Bell, il principale test in fisica per confermare il comportamento quantistico di un sistema. Questi circuiti vengono utilizzati nei computer quantistici e questo test dimostra che i loro bit quantistici sono realmente intrecciati.

Quando due particelle sono intrecciate, la misurazione delle caratteristiche di una influenza istantaneamente le caratteristiche misurate dell'altra in quella che viene chiamata correlazione non locale. Quando ciò accade, significa che gli effetti dell’entanglement devono viaggiare più velocemente della luce. Il test per questo strano effetto quantistico è chiamato disuguaglianza di Bell, che stabilisce un limite alla frequenza con cui le particelle possono ritrovarsi casualmente nello stesso stato senza la presenza di un reale entanglement. Violare la disuguaglianza di Bell è la prova che una coppia di particelle è, in effetti, intrecciata.

I test con campana sono stati eseguiti in molti sistemi, ma mai su un circuito superconduttore. Per il test, i due sistemi entangled devono essere sufficientemente distanti tra loro affinché un segnale non possa viaggiare tra di loro alla velocità della luce nel tempo necessario per misurare entrambi i sistemi. Questo è difficile da testare in un circuito superconduttore, perché il tutto deve essere mantenuto a temperature prossime allo zero assoluto. Per la prima volta Simon Storz del Politecnico federale di Zurigo e i suoi colleghi sono riusciti a eseguire un test Bell su un circuito del genere.

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Per saperne di più:

L'esperimento quantistico che potrebbe dimostrare che la realtà non esiste

Hanno collegato le due parti intrecciate del circuito, chiamate bit quantistici o qubit, utilizzando microonde inviate attraverso un tubo di alluminio refrigerato lungo 30 metri, mantenendo ciascun qubit nel proprio frigorifero individuale. Hanno quindi utilizzato un generatore di numeri casuali per decidere quale tipo di misurazione effettuare sui qubit per evitare qualsiasi pregiudizio umano.

I ricercatori hanno effettuato più di 4 milioni di misurazioni a una velocità di 12.500 misurazioni al secondo, una velocità necessaria per garantire che ciascuna coppia di misurazioni avvenisse più velocemente di quanto la luce potesse viaggiare lungo il tubo tra i due qubit. Analizzando insieme tutti questi dati, hanno scoperto con elevata certezza che la disuguaglianza di Bell era stata violata e che i qubit stavano veramente subendo quella che Albert Einstein definì “azione spettrale a distanza”, come previsto.

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"Il test conferma la capacità della piattaforma di sfruttare queste caratteristiche quantistiche uniche per applicazioni tecnologiche", afferma Storz. Il successo della connessione dei qubit lungo 30 metri è particolarmente promettente per l’informatica quantistica e la crittografia, afferma. “Questo è un potenziale percorso verso l’espansione dei computer quantistici basati su circuiti superconduttori, ad esempio nei futuri centri simili ai supercomputer quantistici”.

Riferimento alla rivista:

DOI natura: 10.1038/s41586-023-05885-0

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