Dal record di Willow a Quantum Echoes, fino ai sistemi ibridi IBM: il computer quantistico sta passando dai benchmark alle prime applicazioni scientifiche verificabili.
Per anni il computer quantistico è stato una macchina capace di stupire soprattutto con problemi costruiti per dimostrare quanto fosse diversa da un computer tradizionale. Nel duemilaventisei la domanda è cambiata: non più soltanto “quanto è veloce?”, ma “che cosa può fare di utile?”.
È qui che la storia di Willow, il processore quantistico di Google, diventa più interessante del solito record da copertina. Il chip aveva già mostrato nel duemilaventiquattro una forte riduzione degli errori all'aumentare della dimensione del codice quantistico. Poi è arrivato Quantum Echoes: un algoritmo eseguito su hardware reale che Google e i ricercatori coinvolti descrivono come la prima dimostrazione di vantaggio quantistico verificabile.
La differenza è sostanziale. Un risultato spettacolare ma impossibile da controllare serve a dimostrare potenza. Un risultato ripetibile, confrontabile e legato alla fisica di molecole e materiali comincia invece ad assomigliare a uno strumento scientifico.
Willow opera in un ambiente criogenico estremo. Ricostruzione editoriale originale Alfa Network.
Un'eco che torna indietro nel tempo
Quantum Echoes lavora con gli out-of-time-order correlators, o OTOC. In termini semplici, il sistema quantistico viene fatto evolvere, viene introdotta una piccola perturbazione e poi l'evoluzione viene invertita. Il segnale che ritorna, l'“eco”, racconta come quella perturbazione si sia propagata attraverso il sistema.
Google ha dichiarato che l'esecuzione su Willow è stata circa tredicimila volte più veloce del migliore algoritmo classico utilizzato nel confronto su uno dei supercomputer più potenti disponibili. Ma il numero più importante non è tredicimila. È la parola verificabile: il calcolo può essere ripetuto da un altro computer quantistico sufficientemente preciso e produrre un risultato confrontabile.
Il punto non sono più soltanto i qubit
Willow dispone di centocinque qubit superconduttivi. Google riporta fedeltà del novantanove virgola novantasette per cento per le porte a singolo qubit, del novantanove virgola ottantotto per cento per quelle di entanglement e del novantanove virgola cinque per cento nella lettura. Sono valori importanti perché un computer quantistico non cresce semplicemente aggiungendo qubit: se ogni operazione introduce troppo rumore, aggiungere capacità significa anche moltiplicare gli errori.
Nel gennaio duemilaventisei Google ha inoltre presentato risultati sui dynamic surface codes, circuiti dinamici per la correzione degli errori che possono utilizzare meno accoppiatori e ridurre alcune forme di errore correlato. È la parte meno spettacolare del racconto, ma probabilmente quella decisiva. Un computer quantistico utile dovrà continuare a calcolare anche quando l'hardware fisico sbaglia.
Dalla struttura delle molecole ai nuovi materiali: il terreno su cui il calcolo quantistico potrebbe diventare realmente utile. Ricostruzione editoriale originale Alfa Network.
Quando il benchmark incontra una molecola
Il passaggio più concreto è arrivato studiando due molecole, una composta da quindici atomi e una da ventotto. In collaborazione con l'Università della California a Berkeley, Quantum Echoes è stato utilizzato come una sorta di “righello molecolare”, combinando il calcolo quantistico con dati di risonanza magnetica nucleare.
I risultati hanno concordato con le misure NMR tradizionali e hanno fornito informazioni normalmente difficili da ottenere con quella tecnica. Non significa che Willow stia già progettando farmaci. Significa qualcosa di più prudente e, scientificamente, più interessante: un algoritmo oltre la portata pratica dei metodi classici è stato collegato a una misura fisica reale.
Da qui si intravedono applicazioni nella scoperta di farmaci, nello studio dei materiali, nelle batterie e nei polimeri. A maggio Google ha anche annunciato REPLIQA, un programma da dieci milioni di dollari con cinque università per mettere insieme scienze della vita, sensori quantistici, algoritmi e intelligenza artificiale.
Nel frattempo IBM sceglie un'altra strada
Mentre Google spinge Willow verso algoritmi verificabili, IBM sta costruendo un ecosistema ibrido in cui computer quantistici e supercomputer classici lavorano insieme.
Il nove settembre duemilaventisei IBM, RIKEN e Cleveland Clinic hanno annunciato di essere finalisti all'ACM Gordon Bell Prize dopo aver modellato con metodi quantistico-classici un sistema proteico da dodicimilaseicentotrentacinque atomi. Il lavoro ha utilizzato processori IBM Quantum Heron insieme ai supercomputer Fugaku e Miyabi-G.
È un indizio importante: il futuro prossimo potrebbe non essere il “computer quantistico che sostituisce il PC”, ma una macchina specializzata che riceve dal supercomputer classico soltanto le parti del problema in cui la fisica quantistica offre un vantaggio.
Il dieci settembre IBM e Lockheed Martin hanno inoltre annunciato un hub quantistico svizzero presso l'ETH di Zurigo. Entro la fine del duemilaventisei il centro CSCS di Lugano dovrebbe ospitare il primo IBM Quantum System Two della Svizzera, basato sul processore Nighthawk. Università, startup e aziende potranno utilizzarlo per ricerca su chimica, materiali, ottimizzazione e finanza.
Il computer quantistico non arriverà sulla nostra scrivania
Non aspettiamoci un notebook quantistico con centomila qubit sotto la tastiera. Queste macchine richiedono criogenia, elettronica di controllo, calibrazione continua e infrastrutture enormi. Il loro posto naturale assomiglia più a quello di un acceleratore scientifico remoto: un servizio disponibile attraverso cloud e centri di supercalcolo, chiamato quando una parte specifica di un problema diventa proibitiva per le architetture convenzionali.
Willow non ha quindi “ucciso” il computer classico. Fugaku non sta preparando gli scatoloni. CPU, GPU, supercomputer e processori quantistici stanno invece imparando a dividersi il lavoro.
Ed è proprio questo il cambiamento più interessante: la rivoluzione quantistica potrebbe essere iniziata non quando il quantum computer ha battuto una macchina classica, ma quando ha smesso di cercare di sostituirla.
Donald – Alfa Network