supremazia

La promessa di una correzione degli errori quantistici utile entro il 2028 ha acceso una discussione che, normalmente, esplode solo verso fine anno, quando le aziende del settore corrono a mostrare i risultati raggiunti nei tempi previsti. Stavolta, però, l'estate è partita con annunci interessanti, tra progressi graduali e promesse che fanno alzare più di un sopracciglio. Si parla di calcolo quantistico capace di correggere gli errori già nel 2028, di un processore a ioni intrappolati aggiornato e di un caso in cui le rivendicazioni di supremazia quantistica si sono ridimensionate grazie ai passi avanti degli algoritmi tradizionali. Il 2028 sembra davvero dietro l'angolo Buona parte degli esperti del campo stima che i computer quantistici davvero utili siano ancora lontani cinque o dieci anni. Qualche algoritmo sfruttabile sull'hardware attuale, ancora soggetto a errori, esiste già, ma quasi tutti i problemi interessanti richiedono una qualche forma di correzione. Questa si ottiene collegando un piccolo gruppo di qubit hardware in quello che viene chiamato qubit logico, che immagazzina l'informazione in modo ridondante e usa i qubit vicini per capire quando si verifica un errore e come correggerlo. Per fare calcoli utili serve un numero discreto di qubit logici. Si va da circa 100 per modellare il comportamento di sostanze chimiche semplici fino a decine di migliaia per algoritmi complicati, come quello capace di violare la crittografia. Tradotto, servono come minimo migliaia di qubit hardware di alta qualità. Il guaio è che le tecnologie attuali offrono o tanta qualità o tanti qubit, mai entrambe le cose insieme. Da qui le stime prudenti tra i cinque e i dieci anni. Lunedì Amazon e QuEra hanno spiazzato tutti dicendo di volerci arrivare in due anni. Entro il 2028 promettono di consegnare ai clienti Libra, un dispositivo su scala Megaquop, capace di eseguire un milione di operazioni quantistiche su centinaia di qubit logici. L'idea è abilitare le prime applicazioni scientifiche in chimica quantistica, fisica delle alte energie e simulazione dei materiali, oggi fuori portata sia per le macchine classiche sia per i computer NISQ. Questi clienti hanno già accesso a diverse tecnologie tramite il servizio cloud Braket. Libra sarà fornito da QuEra, una startup dell'area di Boston che lavora sul calcolo quantistico ad atomi neutri, condividendo personale e accordi sulla proprietà intellettuale con gruppi di ricerca di Harvard e del MIT. Questa tecnologia sfrutta laser per raffreddare singoli atomi e intrappolarli in una griglia di fasci di luce, con il qubit conservato nello spin del nucleo. Altri laser spostano gli atomi, garantendo una connettività tra qualsiasi coppia di elementi. Rientra nella categoria del fai tanti qubit con facilità, visto che i partner accademici hanno già mostrato una griglia da 3.000 qubit. Il problema è che far funzionare questi sistemi tende a riscaldare gli atomi e spostarli è lento, così si perdono con una frequenza fastidiosa. Capire come QuEra intenda passare dalle dimostrazioni attuali a un sistema di qualità sarà decisivo. L'azienda promette di presentare una tabella di marcia dettagliata su Libra la prossima settimana, e questo rende l'annuncio di Amazon un po' frustrante per i tempi. Le due realtà coinvolte, però, non sono tipi da gonfiare le notizie e difficilmente avrebbero parlato senza buone ragioni. Helios e la corsa al vantaggio quantistico A novembre Quantinuum aveva annunciato il suo nuovo hardware, chiamato Helios, basato sulla tecnologia a ioni intrappolati. Gli ioni hanno qualcosa in comune con gli atomi neutri, ma invece di una griglia laser usano l'elettronica per spostare versioni ionizzate degli atomi. Stanno sul fronte opposto della frattura attuale, perché l'hardware non regge molti qubit ma quelli che ci sono risultano di altissima qualità. Su Nature è uscita una descrizione tecnica più dettagliata. Niente cambia rispetto a quanto già noto, un anello di stoccaggio collegato a due bracci dove avvengono le operazioni, con gli ioni che entrano ed escono mentre l'algoritmo procede. Una delle novità riguarda il raffreddamento degli ioni, che evita la fuga dal dispositivo e può girare in parallelo allo smistamento e alle altre operazioni. In pratica i cicli di raffreddamento e di gate vanno avanti quasi senza interruzioni, perché il gruppo di qubit successivo è pronto a entrare mentre quello attuale finisce il lavoro. Helios arriva anche con uno stack software che separa le intenzioni dell'utente dall'hardware vero e proprio. Gli utenti programmano qubit virtuali, mentre un sistema di controllo in tempo reale sceglie quali qubit fisici usare. È probabilmente così che la macchina gestirà gli algoritmi con qubit logici corretti dagli errori, lasciando al sistema i dettagli della correzione. La notizia più sorprendente riguarda i tassi di errore. Nelle operazioni a singolo qubit il tasso è 0,00003, mentre il peggiore, per i gate a due qubit, resta a 0,0008. Con questi numeri e i 98 qubit di Helios, simulare l'intera macchina con i computer classici diventa quasi impossibile. Dopo otto cicli di operazioni, il supercomputer più potente impiegherebbe circa 10.000.000 di anni per riprodurne il comportamento. La questione di cosa riescano a fare i computer tradizionali è diventata centrale nel vantaggio quantistico, ossia quando le macchine quantistiche fanno cose praticamente impossibili su hardware classico. IBM ha messo in piedi un tracker apposito e c'è un consenso diffuso sul fatto che si sia ormai sul punto di vederne esempi chiari. Ogni rivendicazione, però, funziona come una sfida lanciata agli informatici per ottimizzare gli algoritmi esistenti. È esattamente quanto accaduto con un lavoro di Q-CTRL. A maggio il gruppo ha mostrato di poter usare un processore quantistico IBM per simulare un modello di Fermi-Hubbard 3.000 volte più velocemente di un algoritmo ottimizzato su un cluster di 32 CPU. La società Multiverse Computing ha colto la sfida e, insieme ad alcuni accademici, ha notato un compromesso nell'algoritmo. Per limitare la complessità, il team di Q-CTRL aveva considerato un numero ridotto di simmetrie. Includendole tutte, invece, calava il numero da valutare separatamente, a favore di tempi più brevi sui sistemi classici. Il risultato netto ha tagliato il vantaggio quantistico da un fattore 3.000 fino a 36, eseguendo per giunta la simulazione per un passo temporale in più rispetto al sistema quantistico. È proprio la ragione per cui IBM ha creato il suo tracker. Qualsiasi rivendicazione di vantaggio quantistico viene accettata solo dopo un confronto continuo tra scienziati del quantistico e creatori di algoritmi tradizionali. Il risvolto scomodo è che, anche quando una rivendicazione valida viene presentata, potrebbero passare diversi anni prima che venga riconosciuta per quello che è. A quel punto, se Amazon e QuEra avranno ragione, l'hardware quantistico con correzione degli errori sarà già tra noi.

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Calcolo quantistico utile nel 2028: la promessa di Amazon e QuEra