Fa talmente parte della nostra quotidianità, della nostra forma mentis, che il tempo è spesso dato per scontato. Anche i fisici scivolano spesso in questo errore, utilizzandolo come un parametro che “dominano” e che possono inserire liberamente nelle proprie equazioni. Negli ambiti complessi e in ambienti particolari, come quello quantistico, non è così.
È quindi necessario estirpare la convinzione che il tempo possa essere misurato con estrema facilità da un orologio, iniziando “una corsa contro il tempo” per capire il modo più accurato per stimarlo.
Sul tema stanno lavorando diversi ricercatori consapevoli che, con i futuri sviluppi del calcolo quantistico, ci si dovrà confrontare anche con questa problematica.
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Risoluzione o precisione, mai più accuratezza
In ogni operazione di quantum computing, entrano in gioco forze molto specifiche per un tempo molto specifico. Se ci si vuole capire qualcosa e apportare dei reali miglioramenti in questo ambito, serve accertarsi di poter effettuare un’accurata misurazione del tempo partendo da una certezza: la natura di tutti gli orologi è imperfetta. Ciascuno è caratterizzato da due parametri: la risoluzione, che definisce la più piccola frazione misurabile, e la precisione, che indica quanta poca accuratezza aspettarsi. Se non si ha a disposizione una infinita quantità di energia, occorre scegliere quale delle due ottimizzare: farlo per entrambe è impossibile. Serve quindi fare un compromesso con il tempo e nei propri calcoli, un compromesso che impatta non poco sulla fisica dei computer quantistici.
Non è una novità: già esiste uno studio teorico su come le singole porte quantistiche vengono turbate da questa incertezza. Ora, però, un gruppo di ricercatori ha deciso di compiere un ulteriore passo avanti, indagando l’impatto sugli algoritmi quantistici costituiti da una serie di porte quantistiche.
Il team, guidato dal fisico Jake Xuereb dell’Università di Tecnologia di Vienna ha illustrato i risultati sulla rivista Physical Review Letters, facendo discutere e, soprattutto riflettere, il mondo della meccanica quantistica.
Problema all’orizzonte, nuovi orizzonti da esplorare
Per ora si possono dormire sonni tranquilli, perché gli orologi imperfetti che abbiamo tra le mani sono ancora accettabili per il numero limitato di qubit che possiedono gli attuali computer quantistici. Se si guarda avanti, però, si vede una nitida certezza: il timekeeping imperfetto diventerà un problema, appena il loro numero aumenterà.
È una questione di coerenza, di tempo di coerenza, inteso come quello necessario perché gli effetti quantistici spariscano, a seguito di interruzioni provenienti dal mondo esterno. Per ora si tratta di un tempo limitato, per cui si mira a realizzare porte il più veloci possibile ma, più veloci sono gli orologi, peggiore diventa la precisione. Si ha quindi un trade-off non banale che porta a svariate implicazioni ingegneristiche.
Tutto lavoro per i ricercatori di informatica quantistica. I più lungimiranti stanno già esplorando vari qubit come piattaforme di quantum computing, come circuiti superconduttori, ioni intrappolati, atomi con carica neutra e persino neon congelato. L’idea che sta emergendo è che l’equilibrio tra tempo di coerenza e tempo di gate dipenderà molto dalla piattaforma scelta e occorrerà trattare ciascuna singolarmente.
Non è un’urgenza, ma secondo gli esperti quello del timekeeping imperfetto diventerà uno degli ostacoli più complessi da superare per poter beneficiare pienamente della computazione quantistica.
La soluzione potrebbe potenzialmente consistere nel calcolare la quantità media di errori in un orologio, per annullare quelli di cronometraggio. Un’ipotesi che apre a tanti scenari possibili che abbiamo relativamente tempo di esaminare.
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