Google ha dichiarato di aver superato un importante traguardo nella stabilizzazione dei sistemi quantistici, un passo fondamentale nella lunga ricerca di computer pratici basati sulla meccanica quantistica. Nel campo del calcolo quantistico, uno dei maggiori ostacoli tecnici è stato superato ed è nato Willow, il chip quantistico di Google, che rappresenta un significativo passo avanti nel campo del calcolo quantistico. Gli esperti indicano che questo potrebbe aprire la strada ai primi sistemi su larga scala entro la fine del decennio.
Un nuovo processore progettato per ridurre il tasso di errore
Questo nuovo processore, sviluppato presso la struttura di fabbricazione avanzata di Google a Santa Barbara, è stato progettato per ridurre esponenzialmente il tasso di errore man mano che si utilizzano più qubit. Questo risultato è stato ottenuto utilizzando una griglia di qubit da 3×3, 5×5, fino a 7×7, con miglioramenti nella correzione degli errori quantistici.
La correzione degli errori è una delle maggiori sfide nel calcolo quantistico poiché i qubit tendono a interagire rapidamente con l’ambiente, complicando la protezione delle informazioni necessarie per i calcoli. Google ha dimostrato di poter ridurre gli errori aumentando il numero di qubit, un traguardo che offre fiducia nella possibilità di costruire un computer quantistico su larga scala resistente agli errori.
Questa scoperta è importante perché potrebbe accelerare la corsa verso la realizzazione di computer quantistici su larga scala, una delle più grandi promesse tecnologiche dell’informatica computazionale. Il successo del chip Willow nel ridurre gli errori in modo esponenziale è un passo cruciale verso la costruzione di computer quantistici pratici e affidabili.
Willow di Google, prestazioni all’avanguardia
Willow è stato fabbricato nel nuovo impianto di fabbricazione all’avanguardia di Santa Barbara, uno dei pochi impianti al mondo costruiti da zero per questo scopo. L’ingegneria di sistema è fondamentale quando si progettano e si fabbricano chip quantistici: tutti i componenti di un chip, come i gate a singolo e a due qubit, il reset dei qubit e la lettura, devono essere contemporaneamente ben progettati e integrati. Se un componente è in ritardo o se due componenti non funzionano bene insieme, le prestazioni del sistema si riducono. Pertanto, la massimizzazione delle prestazioni del sistema informa tutti gli aspetti del processo, dall’architettura e fabbricazione del chip allo sviluppo e calibrazione dei gate. I risultati valutano i sistemi di calcolo quantistico in modo olistico, non solo un fattore alla volta.
Con 105 qubit, Willow ha ora le migliori prestazioni della categoria nei due benchmark di sistema discussi in precedenza: la correzione degli errori quantistici e il campionamento casuale dei circuiti. Questi benchmark algoritmici sono il modo migliore per misurare le prestazioni complessive del chip. Anche altre metriche di prestazione più specifiche sono importanti; per esempio, i nostri tempi T1, che misurano quanto a lungo i qubit possono mantenere un’eccitazione – la risorsa chiave della computazione quantistica – si avvicinano ora a 100 µs (microsecondi). Si tratta di un impressionante miglioramento di circa 5 volte rispetto alla precedente generazione di chip.
Per valutare l’hardware quantistico e fare un confronto tra le varie piattaforme, ecco una tabella delle specifiche principali:
La svolta di Google e il nuovo chip quantistico Willow
Da quando i risultati sono stati pubblicati informalmente, ad agosto, l’attenzione nel mondo del calcolo quantistico è cresciuta. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature. Google ha anche rilasciato dettagli su un nuovo chip quantistico più potente, che aiuterà a scalare la tecnologia esistente per renderla utile nella pratica.
Gli esperti paragonano l’impresa di Google a un’altra pietra miliare scientifica: la prima reazione nucleare a catena controllata nel 1942. “Questo è stato teoricamente proposto negli anni ’90,” ha detto William Oliver, professore di fisica al Massachusetts Institute of Technology. “Abbiamo aspettato questo risultato per molti anni.”
Nell’esperimento pubblicato sulla rivista Nature, il team di Google è riuscito a eseguire in meno di 5 minuti un calcolo di benchmark standard che richiederebbe a Frontier, il secondo supercomputer più veloce del mondo, 10 septilioni di anni… un numero che supera di gran lunga l’età dell’Universo.
La sfida della stabilità nei sistemi quantistici
Fin dalla proposta iniziale dei computer quantistici, uno dei maggiori ostacoli è stato costruire sistemi abbastanza stabili per operazioni di calcolo su larga scala. Questi sistemi si basano su effetti quantistici come la sovrapposizione e l’entanglement, ma i qubit, su cui sono costruiti, mantengono i loro stati per frazioni di secondo, perdendo rapidamente le informazioni.
La correzione degli errori
La correzione degli errori, che prevede la codifica della stessa informazione in più qubit, è stata a lungo sperata come soluzione. Tuttavia, i qubit devono essere di alta qualità per evitare che il risultato complessivo si degradi in “rumore”. Google ha dichiarato di aver superato questa soglia importante, riducendo gli errori man mano che i loro sistemi si espandono.
Prospettive future e sfide
I prossimi passi includono la riduzione del tasso di errore e il collegamento di gruppi di qubit per operazioni utili. I miglioramenti nella correzione degli errori sono derivati da progressi costanti nell’hardware. Google ha dichiarato che la produzione di qubit nei propri stabilimenti ha migliorato notevolmente la qualità, aumentando la stabilità e riducendo i costi.
Alcuni concorrenti, come IBM, hanno sollevato dubbi sulla praticità del codice utilizzato da Google per la correzione degli errori. IBM ha adottato un codice modulare diverso, che richiede meno qubit, ma comporta sfide progettuali proprie. Google rimane fiduciosa nelle tecniche dimostrate, stimando che saranno necessari circa 1 milione di qubit per un sistema su larga scala.
Conclusioni
La ricerca di Google rappresenta un passo significativo verso la realizzazione di computer quantistici pratici. Sebbene ci siano ancora sfide da affrontare, i progressi nella correzione degli errori e nella produzione di qubit offrono nuove speranze per il futuro del calcolo quantistico.
