Triangulum — Piattaforma di Calcolo Quantistico
Il Triangulum è un computer quantistico basato sulla Risonanza Magnetica Nucleare (Nuclear Magnetic Resonance Quantum Computer, NMRQC). In questa architettura, gli stati di spin dei nuclei atomici all’interno di una molecola vengono utilizzati come qubit. La manipolazione e la lettura degli stati quantistici avvengono mediante tecniche di risonanza magnetica nucleare.
La molecola scelta come probe è il trifluoroiodoetilene (C₂F₃I), in cui i tre atomi di fluoro fungono da qubit. Il fluoro è particolarmente adatto a questo scopo poiché possiede un unico isotopo stabile, 19F, caratterizzato da spin nucleare 1/2. L’accoppiamento tra i tre nuclei di fluoro viene sfruttato per generare l’entanglement quantistico tra i qubit.
A differenza di altre tecnologie di calcolo quantistico, le misure in un sistema NMRQC vengono effettuate su un insieme macroscopico di molecole (circa 10-15), anziché su singoli sistemi quantistici. Questo approccio introduce alcune difficoltà, tra cui la decoerenza nucleare e la necessità di operare con popolazioni in stati misti prossime all’equilibrio termico. Questi effetti sono contenuti utilizzando quantum computer di piccole dimensioni (con al massimo 20 qubit). Gli effetti della decoerenza sono ulteriormente mitigati mantenendo la temperatura del campione a 253 K.
La macchina Link to heading
Pubblicazione di riferimento Link to heading
L’architettura, l’interfaccia software e le applicazioni per Triangulum sono descritte per esteso nel preprint del produttore:
G. Feng, S. Hao, et al. “SpinQ Triangulum: a commercial three-qubit desktop quantum computer” arXiv:2202.02983 [quant-ph], 2022.
Descrizione hardware Link to heading
Triangulum è un processore quantistico NMR in fase liquida costruito attorno a un sistema di spin omonucleari a 3 qubit. Il processore sfrutta l’accoppiamento scalare J tra spin nucleari per implementare porte a due qubit. Le rotazioni su singolo qubit sono realizzate tramite impulsi a radiofrequenza sagomati generati dalla console dello spettrometro. La tomografia di stato viene eseguita tramite misure d’insieme della magnetizzazione di massa.
| Parametri | Valori |
|---|---|
| Qubit count | 3 (homonuclear 19F spins) |
| Coherence time T₂ | 0.2 s |
| Gate set | x, y, z, Rx, Ry, Rz, H, CNOT |
| Control | radio frequency control on the molecular J-coupling |
| Field strength | 1 T |
| Operating temperature | Room temperature |
Diagramma di circuito Link to heading
La figura sottostante mostra un circuito quantistico rappresentativo eseguito su Triangulum per la risoluzione dell’algoritmo HHL. L’algoritmo HHL (Harrow-Hassidim-Lloyd) è utilizzato per la risoluzione di sistemi lineari di equazioni, in quanto vantaggioso quando il sistema è estremamente grande e quando la matrice rappresentante il sistema è sparsa. Un suo campo di applicazione è il Quantum Machine Learning.
Integrazione con l’infrastruttura universitaria Link to heading
Triangulum è connesso all’infrastruttura di ricerca condivisa dell’ateneo tramite il server prototipo di ateneo UniNuvola.
Finanziamento Link to heading
L’acquisizione e l’installazione di Triangulum sono state finanziate dalla borsa Ricerca di Base di Ateneo 2022 assegnata dall’Università di Perugia.