Una nuova ricerca condotta da un team di scienziati dell'Australian National University (ANU) ha delineato un modo per ottenere misurazioni più accurate di oggetti microscopici utilizzando computer quantistici, un passo che potrebbe rivelarsi utile in una vasta gamma di tecnologie di prossima generazione, tra cui quelle biomediche rilevamento.

 

Esaminare le varie proprietà individuali di un grande oggetto quotidiano come un'auto è abbastanza semplice: un'auto ha una posizione, un colore e una velocità ben definiti. Tuttavia, questo diventa molto più complicato quando si cerca di esaminare oggetti quantistici microscopici come i fotoni, minuscole particelle di luce.

 

Questo perché alcune proprietà degli oggetti quantistici sono collegate e la misurazione di una proprietà può disturbare un'altra proprietà. Ad esempio, misurare la posizione di un elettrone influenzerà la sua velocità e viceversa.

 

Tali proprietà sono chiamate proprietà coniugate. Questa è una manifestazione diretta del famoso principio di indeterminazione di Heisenberg: non è possibile misurare simultaneamente due proprietà coniugate di un oggetto quantistico con precisione arbitraria.

 

Secondo l'autore principale e ANU Ph.D. ricercatore Lorcán Conlon, questa è una delle sfide fondamentali della meccanica quantistica.

“Siamo stati in grado di progettare una misurazione per determinare le proprietà coniugate degli oggetti quantistici in modo più accurato. Sorprendentemente, i nostri collaboratori sono stati in grado di implementare questa misurazione in vari laboratori in tutto il mondo", ha affermato Conlon.

"Di più  sono cruciali e possono a loro volta aprire nuove possibilità per tutti i tipi di tecnologie, tra cui il rilevamento biomedico, la portata laser e le comunicazioni quantistiche”.

 

La nuova tecnica ruota attorno a una strana stranezza dei sistemi quantistici, nota come entanglement. Secondo i ricercatori, aggrovigliando due identici  e misurandoli insieme, gli scienziati possono determinare le loro proprietà in modo più preciso che se fossero misurati singolarmente.

"Intrecciando due sistemi quantistici identici, possiamo acquisire più informazioni", ha detto il coautore Dr. Syed Assad. “C'è un rumore inevitabile associato alla misurazione di qualsiasi proprietà di un sistema quantistico. Intrecciando i due, siamo in grado di ridurre questo rumore e ottenere una misurazione più accurata».

 

In teoria, è possibile entangle e misurare tre o più sistemi quantistici per ottenere una precisione ancora migliore, ma in questo caso gli esperimenti non sono riusciti a concordare con la teoria. Tuttavia, gli autori sono fiduciosi che i futuri computer quantistici saranno in grado di superare queste limitazioni.

"I computer quantistici con qubit corretti dagli errori saranno in grado di misurare in modo redditizio con sempre più copie in futuro", ha affermato Conlon.

 

Secondo il professor Ping Koy Lam, capo scienziato quantistico di A*STAR presso l'Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), uno dei principali punti di forza di questo lavoro è che un miglioramento quantistico può ancora essere osservato in scenari rumorosi.

"Per le applicazioni pratiche, come nelle misurazioni biomediche, è importante poter vedere un vantaggio anche quando il segnale è inevitabilmente incorporato in un ambiente rumoroso del mondo reale", ha affermato.

 

Lo studio è stato condotto da esperti dell'ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T), in collaborazione con ricercatori dell'Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) di A*STAR, dell'Università di Jena, dell'Università di Innsbruck, e Università Macquarie. Amazon Web Services ha collaborato fornendo ricerca e supporto architettonico e rendendo disponibile il dispositivo Rigetti Aspen-9 utilizzando Amazon Bracket.

 

I ricercatori hanno testato la loro teoria su 19 diversi computer quantistici, su tre diverse piattaforme: superconduttori, ioni intrappolati e computer quantistici fotonici. Questi dispositivi leader a livello mondiale si trovano in Europa e in America e sono accessibili tramite cloud, consentendo ai ricercatori di tutto il mondo di connettersi e svolgere importanti ricerche.

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