Un gruppo di matematici e fisici dell’Università della California del Sud ha dimostrato che ciò che molti consideravano “spazzatura matematica” può aprire nuove strade verso il calcolo quantistico universale. La loro scoperta ruota attorno a una nuova tipologia di particelle teoriche, ribattezzate “neglecton”, che, combinate con gli anyon di tipo Ising, potrebbero consentire di eseguire tutte le operazioni necessarie a un computer quantistico universale usando unicamente la tecnica del braiding, cioè lo scambio fisico delle particelle nello spazio.
La ricerca nasce dall’esigenza di superare uno dei principali ostacoli al calcolo quantistico: la fragilità dei qubit. A differenza dei bit tradizionali, i qubit possono esistere in una sovrapposizione di stati, ma sono estremamente sensibili all’ambiente esterno. Questo porta a errori di calcolo che si accumulano rapidamente, rendendo i sistemi inutilizzabili senza sofisticati meccanismi di correzione.
Il calcolo quantistico topologico è una delle strategie più promettenti per proteggere le informazioni, basandosi su particelle esotiche che esistono in due dimensioni e sono meno vulnerabili ai disturbi.
Finora, gli anyon di tipo Ising erano i protagonisti di questa linea di ricerca, ma la loro capacità di calcolo era limitata ai cosiddetti gate Clifford, insufficienti per realizzare un computer quantistico universale.
Aaron Lauda e il suo team hanno ripreso in mano una classe di teorie matematiche poco considerate, le topological quantum field theories non semisemplici, che non scartano componenti con “traccia quantistica zero”. Proprio lì hanno trovato i neglecton, la “tessera mancante” che altri avevano cestinato. In questa nuova architettura, un singolo neglecton resterebbe fermo mentre gli anyon di tipo Ising vengono intrecciati attorno a lui, completando così l’insieme di operazioni necessarie.
Il modello non è privo di complessità: la formulazione non semisemplice può introdurre irregolarità che alterano le probabilità quantistiche. Per aggirare il problema, i ricercatori hanno ideato un sistema di codifica che isola questi effetti dalle operazioni di calcolo, paragonandolo alla scelta di lavorare solo nelle stanze “stabili” di una casa con alcune aree strutturalmente deboli.
Ora la palla passa agli sperimentatori, che dovranno verificare se i neglecton possano essere integrati nei dispositivi reali. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, apre un nuovo filone nella fisica teorica applicata al quantum computing e potrebbe avvicinare la realizzazione di macchine quantistiche universali.
Tablet Xiaomi a meno di 100€ su Amazon: un ottimo low cost