Mitigare la decoerenza nei sistemi quantistici
Dall’informatica all’elaborazione delle informazioni, passando per il rilevamento e le comunicazioni, i sistemi quantistici stanno avanzando rapidamente; ciononostante, sebbene si prospetti che il futuro si baserà su questa tecnologia, tali sistemi attualmente sono tutt’altro che perfetti. «Tutti i sistemi quantistici soffrono dell’onnipresente decoerenza quantistica, che si manifesta come flip del bit, flip di fase o entrambe le tipologie di errore», afferma Lajos Hanzo(si apre in una nuova finestra), esperto di telecomunicazioni e informazioni quantistiche. A livello esplicito, la decoerenza quantistica si verifica quando gli stati quantistici puri vengono contaminati dall’ambiente circostante. Dato che questi errori di qubit influiscono gravemente sulle prestazioni di un sistema quantistico, è essenziale che vengano corretti, ed è proprio questo l’obiettivo del progetto QuantCom, finanziato dall’UE. «Ci siamo prefissi di progettare potenti codici di correzione degli errori quantistici che fossero in grado di mitigare gli eventi di flip del bit e di fase indotti dalla decoerenza in qualsiasi sistema quantistico», aggiunge Hanzo, che ha rivestito il ruolo di ricercatore principale del progetto. Il progetto, che è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), si è inoltre proposto di sviluppare sofisticate soluzioni di distribuzione di chiavi quantistiche (QKD, quantum key distribution) per comunicazioni ad alta sicurezza e di studiare la fattibilità di un Internet quantistico globale.
Una scorciatoia per superare la decoerenza
Tutte le ricerche innovative sono piene di sfide da affrontare e il progetto QuantCom non fa eccezione. Ad esempio, il superamento della decoerenza richiederà in ultima analisi lunghe parole in codice e al momento attuale i computer quantistici non sono in grado di gestire un numero così elevato di qubit. «Siamo riusciti ad aggirare questa sfida progettando codici brevi a velocità adattiva che richiedono un numero contenuto di qubit e una memoria limitata», spiega Hanzo. Il progetto, che è stato coordinato dall’Università di Southampton(si apre in una nuova finestra), ha inoltre progettato nuove disposizioni di QKD quasi ottimali e di comunicazioni dirette a sicurezza quantistica (QSDC, quantum-secured direct communications) basate su memorie a fotone singolo, nonché nuove comunicazioni quantistiche ottiche riflettenti intelligenti basate sulla superficie e reti integrate spazio-aria-terra quasi ottimali.
Preparare la strada per un futuro quantistico
I risultati ricavati dalla ricerca del progetto sono stati pubblicati in numerosi articoli di riviste e presentati in occasione di varie conferenze ed eventi scientifici. Hanzo sta ora apportando gli ultimi ritocchi a una monografia che presenta una ricerca sui codici di correzione degli errori quantistici. Il progetto ha inoltre formato un gruppo di ricercatori post-dottorato e dottorandi che stanno già lasciando il segno in Canada, Cina, India, Giappone, Regno Unito, Stati Uniti e Vietnam. «La nostra ricerca e gli scienziati affiliati stanno agendo da catalizzatori per la ricerca futura nelle comunicazioni quantistiche, studi che a mia opinione renderanno la decoerenza quantistica un ricordo del passato e apriranno la strada verso un futuro quantistico», conclude Hanzo. Hanzo sta attualmente approfondendo il modo attraverso cui migliorare le prestazioni a livello di rete utilizzando sofisticate tecniche di relaying quantistico trusted/untrusted basate sull’entanglement.
Parole chiave
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