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Il chip quantistico IBM straccerà i supercomputer di oggi

IBM ha annunciato che le ultime ricerche l'hanno portata a realizzare un dispositivo quantistico con prestazioni vicine ai requisiti minimi per un'implementazione pratica. Un grande passo avanti per una tecnologia che potrebbe far apparire gli attuali supercomputer come calcolatrici.

I computer quantistici, ogni giorno che passa, diventano sempre più concreti. IBM ha annunciato grandi passi avanti in questo settore, che in futuro ci darà soluzioni in grado di eseguire calcoli grazie a fenomeni di meccanica quantistica, ben più potenti di qualsiasi supercomputer attuale. Al centro di tutto il qubit, ben diverso dal bit rappresentato da 1 o 0, in quanto può raffigurare entrambi i valori contemporaneamente (superposizione).

Gli scienziati di IBM Research hanno raggiunto nuovi traguardi nella riduzione dell’errore nei calcoli elementari, oltre che nel mantenimento dell’integrità delle proprietà meccaniche quantistiche nei qubit. L’azienda statunitense ha inoltre lavorato con qubit “superconduttivi”,  che sfruttano tecniche di micro-fabbricazione già note sviluppate per la produzione con il silicio, aprendo la strada alla futura produzione di migliaia o milioni di qubit.

Secondo IBM questo è un dispositivo con qubit “3D” superconduttivo dove il qubit è con una lunghezza di 1mm, è sospeso al centro della cavità su un piccolo chip di zaffiro

Le speciali proprietà dei qubit consentono a un computer quantistico di realizzare milioni di calcoli alla volta, mentre un PC desktop può realizzarne molti meno nello stesso momento. “Un singolo stato di 250 qubit contiene più bit di informazione rispetto alle particelle presenti nell’Universo”, ha dichiarato IBM.

Le proprietà dei computer quantistici avranno implicazioni soprattutto nel campo della crittografia dei dati, ma anche la ricerca in database d’informazioni non strutturate, fare operazioni di ottimizzazione e risolvere nuovi problemi matematici. “Il lavoro che stiamo facendo dimostra che non si tratta più solo di un esperimento. È il momento d’iniziare a creare sistemi basati su questa scienza che porterà il computing a un livello completamente nuovo”, ha affermato lo scienziato di IBM Matthias Steffen.

Un chip in silicio con tre qubit. Secondo IBM, il chip è posto su una scheda madre ed è connesso a linee di I/O coassiali attraverso fili, in una scala 8mm x 4mm

Una delle grandi sfide per gli scienziati è controllare o rimuovere la cosiddetta “decoerenza quantistica”, cioè la creazione di errori nei calcoli causati da interferenze dovute a fattori quali il calore, la radiazione elettromagnetica e difetti dei materiali. Per ovviare a questo problema, gli scienziati hanno cercato modi per ridurre il numero di errori e allungare i periodi durante i quali i qubit conservano le loro proprietà meccaniche quantistiche.

Chip al silicio di IBM con tre qubit

Infatti, quando questo tempo è sufficientemente lungo, gli schemi di correzione degli errori diventano efficaci, permettendo di eseguire calcoli lunghi e complessi.
Ci sono molti sistemi che possono portare ad avere un computer quantistico funzionante e IBM si sta concentrando sull’uso di qubit superconduttivi che permettano una transizione più facile verso la produzione e lo scaling.

IBM, recentemente, ha fatto esperimenti con un unico qubit superconduttore “tridimensionale” (3D qubit). Il team di IBM ha usato un qubit 3D per estendere il tempo in cui i qubit mantengono i loro stati quantici fino a 100 microsecondi. Questo valore supera leggermente la soglia minima per attivare schemi di correzione degli errori efficaci e indica che gli scienziati possono iniziare a concentrarsi su aspetti come la scalabilità.

Ingrandimento di un singolo bit quantistico

In altri esperimenti IBM ha dimostrato un qubit a due dimensioni e implementato una logica operativa a due qubit – un’operazione controlled-NOT (CNOT), fondamentalmente il blocco di base di un grande sistema di calcolo quantistico.
Il funzionamento di questi qubit ha mostrato un tasso di successo del 95%, dovuto in parte per il lungo tempo di coerenza di circa 10 microsecondi. Questi valori sono all’apice degli schemi di correzione degli errori e aprono la strada a futuri esperimenti con multi-qubit.

“Ora possiamo vedere i blocchi che saranno usati per dimostrare che la correzione degli errori può essere efficace, e che possono essere realizzati qubit logici affidabili”, ha dichiarato David DiVincenzo, professore presso l’Institute of Quantum Information. Insomma, il computer quantistico è sempre più realtà.