Buongiorno cari lettori, oggi vi andremo a parlare delle prospettive future sul calcolo quantistico.

Nel 2023, i progressi nell’informatica quantistica sono definiti meno da grandi annunci di hardware che da ricercatori che consolidano anni di duro lavoro.

IBM ha perseguito a lungo i qubit e nel corso degli anni l’azienda ha compiuto progressi costanti nell’aumentare il numero che può contenere su un chip. Nel 2021, ad esempio, IBM ne ha presentato uno con 127 esemplari. A novembre del 2022, ha debuttato con il suo processore Osprey da 433 qubit e la società mira a rilasciare un processore da 1.121 qubit chiamato Condor quest’anno. Quest’anno IBM dovrebbe anche presentare il suo processore Heron, che avrà solo 133 qubit. Potrebbe sembrare un passo indietro, ma come l’azienda ci tiene a sottolineare, i qubit di Heron saranno della massima qualità. E, soprattutto, ogni chip sarà in grado di connettersi direttamente ad altri processori Heron, annunciando il passaggio da singoli chip di calcolo quantistico a computer quantistici “modulari” costruiti da più processori collegati insieme, una mossa che dovrebbe aiutare i computer quantistici a migliorarsi in modo significativo.
Ecco alcune aree in cui gli esperti si aspettano di vedere progressi:

Computer quantistici modulari

Il progetto Heron di IBM è solo un primo passo nel mondo dell’informatica quantistica modulare. I chip saranno collegati all’elettronica convenzionale, quindi non saranno in grado di mantenere la “quantità” delle informazioni mentre si spostano da un processore all’altro. Ma la speranza è che tali chip, alla fine collegati tra loro con connessioni in fibra ottica o micro onde compatibili con i quanti, aprano la strada verso computer quantistici distribuiti su larga scala con un milione di qubit connessi. Questo potrebbe essere il numero necessario per eseguire utili algoritmi quantistici con correzione degli errori. “Abbiamo bisogno di tecnologie scalabili sia in termini di dimensioni che di costi, quindi la modularità è fondamentale”, afferma Jerry Chow, direttore di IBM Quantum Hardware System Development.

Le correzioni dei problemi

Alcune aziende stanno prendendo di mira la classica forma di correzione degli errori, utilizzando alcuni qubit per correggere gli errori. L’anno scorso, sia Google Quantum AI che Quantinuum , una nuova società formata da Honeywell e Cambridge Quantum Computing, hanno pubblicato documenti che dimostrano che i qubit possono essere assemblati in insiemi di correzione degli errori che superano i qubit fisici sottostanti.

Altri team stanno cercando di vedere se riescono a trovare un modo per rendere i computer quantistici “tolleranti ai guasti” senza arrecare sovraccarico. IBM, ad esempio, ha esplorato la causa degli errori nelle sue macchine e quindi da limitarli al minimo. È tutt’altro che un sistema perfetto: l’algoritmo funziona sulla base di una previsione dell’errore.

Creare un software

Nonostante tutti i progressi dell’hardware, molti ricercatori ritengono che sia necessario prestare maggiore attenzione alla programmazione. Il modo in cui il codice viene eseguito su un computer quantistico accessibile al cloud è generalmente “basato su circuiti”, il che significa che i dati vengono sottoposti a una serie specifica e predefinita di operazioni quantistiche prima che venga effettuata una misurazione quantistica finale, che fornisce l’output. Questo è problematico per i progettisti di algoritmi, afferma Fitzsimons. Le routine di programmazione convenzionali tendono a comportare la ripetizione ciclica di alcuni passaggi fino al raggiungimento di un output desiderato, quindi lo spostamento in un’altra subroutine. Nel calcolo quantistico basato su circuiti, ottenere un output generalmente termina il calcolo: non c’è possibilità di tornare indietro.

Horizon Quantum Computing è una delle aziende che ha creato strumenti di programmazione per consentire queste routine di calcolo flessibili. “Questo porta a un regime diverso in termini di tipi di cose che è in grado di eseguire “, afferma Fitzsimons.

Competizione in tutto il mondo

È probabile che il cambiamento stia arrivando anche sul fronte politico. Rappresentanti del governo, tra cui Alan Estevez, sottosegretario al commercio per l’industria e la sicurezza degli Stati Uniti, hanno lasciato intendere che stanno arrivando restrizioni commerciali relative alle tecnologie quantistiche.
Tony Uttley, COO di Quantinuum, afferma di essere in dialogo attivo con il governo degli Stati Uniti per assicurarsi che ciò non influisca negativamente su quella che è ancora un’industria giovane. “Circa l’80% del nostro sistema è costituito da componenti o sottosistemi che acquistiamo al di fuori degli Stati Uniti”, afferma. “Mettere un controllo su di loro non aiuta e non vogliamo metterci in una posizione di svantaggio quando competiamo con altre società in altri paesi del mondo”.
E ci sono molti concorrenti. L’anno scorso, la società di ricerca cinese Baidu ha aperto l’accesso a un processore a 10 qubit superconduttori che spera possa aiutare i ricercatori a fare incursioni nell’applicazione del calcolo quantistico a campi come la progettazione di materiali e lo sviluppo farmaceutico. La società afferma di aver recentemente completato la progettazione di un chip quantico superconduttore da 36 qubit. “Baidu continuerà a fare progressi nell’integrazione di software e hardware quantistici e faciliterà l’industrializzazione dell’informatica quantistica”, ha dichiarato un portavoce dell’azienda a MIT Technology Review. Il gigante della tecnologia Alibaba ha anche ricercatori che lavorano al calcolo quantistico con qubit superconduttori.