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Bristlecone, il nuovo processore quantistico di Google

Il Google Quantum AI Lab ha annunciato di aver messo a punto un processore quantistico con 72 qubit capace, in teoria, di funzionare con un tasso di errore ridotto, tipico di un progetto meno complesso con 9 qubit. Secondo l'azienda, questo nuovo processore chiamato Bristlecone, potrebbe rappresentare un passo importante verso l'era della "supremazia quantistica". […]

Il Google Quantum AI Lab ha annunciato di aver messo a punto un processore quantistico con 72 qubit capace, in teoria, di funzionare con un tasso di errore ridotto, tipico di un progetto meno complesso con 9 qubit. Secondo l'azienda, questo nuovo processore chiamato Bristlecone, potrebbe rappresentare un passo importante verso l'era della "supremazia quantistica".

Con queste parole Google indica la capacità di un processore quantistico di operare con un tasso di errore sufficientemente basso da superare un classico supercomputer nella risoluzione di un problema informatico ben definito.

"Affinché un chip quantistico possa svolgere algoritmi oltre lo scopo di classiche simulazioni, richiede non solo un grande di numero di qubit. Fondamentalmente, il processore deve anche avere tassi di errore contenuti sulle operazioni readout e logiche, come gate con uno o due qubit", spiega Julian Kelly, Research Scientist dei Quantum AI Lab.

Con Bristlecone Google crede di essere sulla strada giusta. "Lo scopo di questo sistema superconduttore basato su gate è di fornire un ambiente di test per ricercare i tassi di errore di sistema e la scalabilità della nostra tecnologia dei qubit, oltre che applicazioni in simulazione quantistica, ottimizzazione e machine learning".

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Bristlecone è a sinistra, mentre a destra vedete una rappresentazione, dove le "X" indicano un qubit connesso a quello più prossimo.

Il principio guida su Google ha lavorato è stato quello di preservare la fisica sottostante alla sua precedente soluzione a 9 qubit, che ha dimostrato tassi di errore bassi per l'operazione readout (1%), gate a singolo qubit (0,1%) e cosa più importante gate a due qubit (0,6%).

"Questo dispositivo usa lo stesso schema per accoppiamento, controllo e readout, ma è stato scalato su una matrice quadrata di 72 qubit. Abbiamo scelto un dispositivo di queste dimensioni per poter dimostrare in futuro la supremazia quantistica, studiare la correzione degli errori di primo e secondo ordine usando il surface code e facilitare lo sviluppo dell'algoritmo quantistico su hardware reale".

Per quantificare le capacità di questo processore quantistico Google ha sviluppato un benchmark. "Possiamo assegnare un singolo errore di sistema applicando circuiti quantistici casuali al dispositivo e controllare la distribuzione dell'uscita campionata rispetto a una simulazione classica".

Se il processore quantistico è capace di operare con un errore abbastanza basso, allora dovrebbe poter superare un supercomputer classico in un problema informatico ben definito, un risultato noto come supremazia quantistica.

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Rappresentazione che mostra la relazione tra il tasso d'errore e il numero dei qubit. La direzione di ricerca imboccata da Google è in rosso.

"Anche se nessuno ha ancora raggiunto questo obiettivo, calcoliamo che la supremazia quantistica possa essere facilmente dimostrata con 49 qubit, una profondità del circuito superiore a 40 e un errore con due qubit inferiore allo 0,5%. Riteniamo che la dimostrazione sperimentale di un processore quantistico che supera in prestazioni un supercomputer costituirebbe uno spartiacque per il nostro settore e rimane uno dei nostri obiettivi chiave".

Google sta ora cercando di ottenere i migliori tassi di errore rilevati su un dispositivo a 9 qubit anche su Bristlecone. "Far funzionare questi processori con un errore di sistema ridotto richiede armonia in tutta la tecnologia, dal software all'elettronica di controllo, fino al processore stesso. Arrivare a questo richiede un'attenta ingegnerizzazione dei sistemi su diversi livelli".

"Siamo cautamente ottimisti sul fatto che la supremazia quantistica possa essere raggiunta con Bristlecone e riteniamo che imparare a costruire e usare dispositivi con questo livello di prestazioni sia una sfida eccitante. Non vediamo l'ora di condividere i risultati e di consentire ai collaboratori di svolgere esperimenti in futuro".


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