Il Qudit la tecnologia che va oltre l’1 e lo 0

Buongiorno cari lettori, oggi vi andremo a parlare di un computer che utilizza i Qudit e vanno oltre agli 1 e 0.

I computer quantistici dipendono principalmente da bit quantistici o “qubit” che possono simboleggiare ciascuno due numeri, 0 o 1. Ora, in un nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato un computer quantistico basato su cifre quantistiche o “qudit” che possono codificare sette numeri ciascuno. Un computer qudit può rivelarsi migliore nell’affrontare problemi complessi rispetto ai computer qubit e può sbloccare più potenza di calcolo con meno componenti.

Mentre i computer classici rappresentano i dati come bit, 1 e 0, la maggior parte dei computer quantistici utilizza qubit. I qubit possono esistere in uno stato di sovrapposizione in cui sono sia 1 che 0 contemporaneamente. Ciò consente essenzialmente a ciascun qubit di eseguire due calcoli contemporaneamente. Più qubit sono collegati meccanicamente, maggiore è la sua potenza di calcolo e può crescere, in modo esponenziale.

La codifica dei dati come 0 o 1 è il modo più semplice per eseguire calcoli. Tuttavia, i componenti quantistici alla base dei qubit sono quasi sempre in grado di fare di più. Limitare questi dispositivi ai dati binari impedisce loro di essere all’altezza del loro pieno potenziale, spiega l’autore principale dello studio Martin Ringbauer, fisico quantistico presso l’Università di Innsbruck in Austria.

In altre parole, un computer quantistico con tot qubit può eseguire il doppio dei calcoli. Tuttavia, una macchina con tot numero di qudit, con D che rappresenta il numero di stati per qudit, può eseguire D per tot numero di calcoli. “Ciò significa che puoi codificare le stesse informazioni in un minor numero di particelle quantistiche quando usi i qudit”, afferma Ringbauer.

Inoltre, i qudit “possono essere intrecciati in molti modi diversi che non sono possibili per i sistemi qubit”, afferma Ringbauer. “Questo è un vantaggio importante, poiché ci consente di eseguire calcoli in modo più efficiente”.

Tuttavia, il più grande vantaggio che può derivare dall’uso dei qudit è radicato nei complessi sistemi quantistici che gli scienziati sperano che i computer quantistici possano aiutare ad analizzare, come la chimica di nuovi progetti di batterie o nuovi farmaci. Per modellare queste interazioni complicate, componenti quantistici spesso altrettanto complessi sono l’ideale. Il calcolo di questi sistemi con qubit può rivelarsi meno efficiente rispetto a qudit, afferma Ringbauer.

Ringbauer e i suoi colleghi hanno sviluppato un processore quantistico da otto qudit, in cui ogni qudit è uno ione di calcio intrappolato elettromagneticamente. Ogni ione ha fino a sette stati utili per l’elaborazione, con un ottavo stato utilizzato per la lettura.

La ricerca precedente sui qudits era limitata al massimo ai dispositivi proof-of-concept. Ringbauer ha spiegato che l’hardware di calcolo quantistico doveva avanzare prima che lui ei suoi colleghi potessero controllare sperimentalmente i qudit, dato che possiedono strutture più complesse dei qubit.

Inoltre, “ciascuno degli stati di qudit risponde in modo diverso alle influenze esterne e molti degli strumenti che utilizziamo comunemente per manipolare i qubit non funzionano allo stesso modo di un qudit”, afferma Ringbauer. “Devi trovare modi per controllare i qudit e interagire con loro per creare entanglement in modo efficiente.”

La maggior parte delle piattaforme di calcolo quantistico esistenti può ospitare qudit in linea di principio, afferma Ringbauer. La sfida è estendere il livello di controllo raggiunto con due stati a “dimensioni superiori”, ovvero più stati.

Sebbene la nuova piattaforma qudit “apre un nuovo mondo di possibilità per la tecnologia quantistica”, afferma Ringbauer, “Quello che ci manca ancora in larga misura in questa fase sono il software e gli algoritmi che sfruttano al meglio questo potenziale aggiunto. Penso che lo sviluppo di software quantistico qudit sarà un campo entusiasmante nel breve termine”.