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Ora sappiamo quanto possono sbagliare i simulatori quantistici
Un gruppo guidato dalla Technical University of Munich e dall'Università di Innsbruck ha sviluppato un metodo per misurare l'accuratezza delle simulazioni quantistiche. La tecnica ricostruisce dai dati sperimentali il comportamento effettivo del dispositivo e calcola l'incertezza delle sue previsioni. Il lavoro, pubblicato su Physical Review X, è stato sperimentato su un computer quantistico a ioni intrappolati con un massimo di 51 qubit. Serve a capire quanto fidarsi di calcoli che presto potrebbero diventare impossibili da controllare con un computer tradizionale.
I simulatori quantistici sono sistemi fisici costruiti per riprodurre il comportamento di altri sistemi quantistici, compresi quelli formati da molte particelle interagenti. In teoria permettono di studiare materiali, magnetismo e dinamiche della materia oltre la portata dei metodi classici. Un esperimento reale, però, risente di interazioni non perfettamente calibrate, disturbi ambientali, fluttuazioni e misure incomplete.
L'approccio sviluppato dai ricercatori usa i risultati dell'esperimento per apprendere quali interazioni siano realmente presenti e quanto incidano rumore e dissipazione. Il lavoro parla di apprendimento hamiltoniano e lindbladiano: il primo descrive l'evoluzione coerente del sistema, mentre il secondo include gli effetti prodotti dall'ambiente. Le incertezze associate al modello vengono quindi propagate fino al risultato della simulazione.
Il dispositivo non restituisce più soltanto un numero, ma un valore accompagnato da margini d'errore quantitativi. Il metodo è stato inizialmente verificato su una catena di 10 ioni, abbastanza piccola da consentire un confronto con calcoli classici e misure indipendenti. Questa verifica ha permesso di controllare sia il modello ricostruito sia i limiti d'errore prodotti. Il problema della fiducia nei risultati si collega direttamente a quanto discusso nella nostra analisi sulle scoperte quantistiche sopravvalutate.
Dopo il controllo sul sistema ridotto, la procedura è stata applicata a un simulatore a 51 ioni, dimensione alla quale la verifica diretta diventa molto più impegnativa. La conseguenza pratica è un possibile criterio di certificazione per esperimenti quantistici complessi: laboratori e industrie potrebbero confrontare dispositivi diversi non soltanto per velocità o numero di qubit, ma anche per affidabilità verificabile.
Per chi segue l'evoluzione dei computer quantistici, questo passaggio sposta l'attenzione dalla sola potenza di calcolo alla qualità della risposta. Un futuro vantaggio quantistico sarebbe più convincente se il dispositivo risolvesse un problema fuori dalla portata classica indicando anche un limite credibile all'errore, invece di offrire un risultato difficile da controllare.
La tecnica non rappresenta ancora una certificazione universale. È stata dimostrata su una specifica piattaforma a ioni intrappolati e dipende dalla capacità del modello appreso di catturare le principali sorgenti di rumore. I ricercatori intendono adattarla ai simulatori quantistici bidimensionali, per i quali i calcoli classici diventano rapidamente più difficili. Serviranno prove su sistemi, geometrie e architetture differenti prima di trasformare questi margini d'errore in uno standard generale.
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