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Il computer quantistico è più vicino: due nuovi traguardi raggiunti da IBM

IBM ha superato due ulteriori tappe per la realizzazione di un vero computer quantistico. Per la prima volta ha dimostrato la possibilità di rilevare e misurare entrambe le tipologie di errori quantistici contemporaneamente, oltre a sperimentare la progettazione di un nuovo circuito quantistico quadrato, la sola architettura fisica in grado di raggiungere dimensioni più grandi con risultati positivi.

"Sarebbe sufficiente un computer quantistico creato con solo 50 bit quantistici (qubit) affinché nessuna combinazione degli attuali supercomputer della classifica TOP500 sarebbe in grado di superarlo", sottolinea IBM. Le scoperte, descritte nel numero del 29 aprile di Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms7979), mostrano per la prima volta la capacità di rilevare e misurare i due tipi di errori quantistici (bit-flip e phase-flip) che si verificano in qualsiasi computer quantistico reale.

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Un bit quantistico (qubit) può avere un valore di 1 o 0 o entrambi contemporaneamente, descritti come una sovrapposizione e semplicemente indicati come "0+1". Il segno di questa sovrapposizione è importante perché entrambi gli stati 0 e 1 hanno tra loro una relazione di fase. Questa proprietà di sovrapposizione consente ai computer quantistici di scegliere la giusta soluzione tra milioni di possibilità in una volta in modo molto più rapido rispetto a un computer convenzionale.

Su tale stato di sovrapposizione possono verificarsi due tipi di errori. Uno è chiamato errore bit-flip, che passa semplicemente uno 0 a un 1 e viceversa. Questo errore è simile ai classici errori bit-flip e i lavori svolti in precedenza hanno mostrato come rilevare questi errori sui qubit. Ciò non è tuttavia sufficiente per correggere gli errori quantistici perché possono anche essere presenti errori phase-flip, che cambiano il segno della relazione di fase tra 0 e 1 in uno stato di sovrapposizione. Entrambi i tipi di errori devono essere rilevati in modo tale che la correzione dell'errore quantistico funzioni correttamente.

Fino a questo momento era stato possibile risolvere un tipo di errore quantistico alla volta, mai entrambi contemporaneamente. Si tratta di una fase necessaria per la correzione degli errori quantistici, requisito fondamentale per creare un computer quantistico pratico e affidabile su vasta scala.

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Il circuito di IBM, formato da un reticolo quadrato di quattro qubit superconduttori su un chip di circa un quarto di pollice quadrato, consente di rilevare contemporaneamente entrambi i tipi di errori quantistici. Scegliendo una struttura quadrata rispetto a una configurazione lineare – che impedisce di rilevare contemporaneamente entrambi i tipi di errori quantistici – il progetto IBM mostra il miglior potenziale di scalabilità.

"L'informatica quantistica potrebbe portare potenzialmente a una trasformazione, dato che ci consente di risolvere problemi che oggi è impossibile o difficile risolvere", ha affermato Arvind Krishna, senior vice president e director di IBM Research. "Mentre l'uso dei computer quantistici era stato originariamente esaminato per la crittografia, un'area che troviamo estremamente interessante risiede nella loro potenziale capacità di risolvere problemi attualmente irrisolti nella fisica e nella chimica quantistica".

Nella fisica e nella chimica, ad esempio, l'informatica quantistica potrebbe consentire agli esperti di progettare nuovi materiali e composti farmaceutici senza ricorrere a prove di laboratorio costose e ad alto rischio di errore, accelerando potenzialmente la velocità e il ritmo di innovazione in molti settori.

In un mondo focalizzato sui Big Data, i computer quantistici potrebbero rapidamente ordinare e gestire database ancora più grandi, oltre ad enormi archivi di dati diversi e/o non strutturati. Questo potrebbe trasformare il processo decisionale delle persone e il modo in cui i ricercatori di tutti i settori fanno scoperte importanti.