Google e le CPU quantistiche. Verso la Supremazia Quantica

Google e le CPU quantistiche. Verso la Supremazia Quantica

Dagli anni ottanta scienziati, ingegneri e tecnici lavorano ai computer quantistici, o quantici, cioè elaboratori che sfruttano le leggi della fisica e della meccanica quantistica per il calcolo dei dati avendo come unità fondamentale il bit quantico, o Qubit.

Tale esigenza si è fatta sempre più forte con l’avanzare della miniaturizzazione del silicio, che sta arrivando ai suoi limiti fisici e meccanici, per questo è diventato necessario riuscire a sfruttare i quanti di informazione (il Qubit è la più piccola porzione nella quale può essere divisa un’informazione codificata) per realizzare chip sempre più piccoli ed efficienti.

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Alla corsa ai computer quantici partecipano tutti i big dell’informatica e della ricerca, come Google, IBM, MicrosoftIntel, MIT ed Harvard, ma ad oggi nessun ordinatore quantistico è riuscito a superare la potenza di calcolo di un calcolatore basato sulla tradizionale elettronica. Google in questo periodo ha raddoppiato l’impegno nelle tecnologie future e ha affermato, nella persona di Julian Kelly, che il suo ultimo processore quantico, il Bristlecone, ha tutte le carte in regola per superare le capacità di calcolo dei tradizionali processori al silicio, condizione denominata “supremazia quantica“.

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Fino ad ora i computer quantici hanno pochi Qubit (il precedente prodotto quantico di casa Google ne avena solo 9), mentre il Bristlecone ne ha ben 72. A differenza di tradizionali bit che possono essere o in posizione 0 o 1, i bit quantici possono assumere molti altri stati, che comprendono anche tutte e due le posizioni contemporaneamente, come per esempio 30% 0 e 70% 1, oppure 65% 0 e 35% 1. Tali stati vengono chiamati “superposizioni“.

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Per ora, sempre a detta di Kelly, gli scopi di questo microprocessore saranno quelli di fornire ai suoi ricercatori un banco di prova “per la ricerca sui tassi di errore del sistema e sulla scalabilità della nostra tecnologia Qubit, nonché sulle applicazioni di simulazione quantistica, ottimizzazione e apprendimento automatico.

Proprio la ricerca dei tassi di errore è un punto cruciale nello sviluppo di queste unità computazionali, perchè i Qubit odierni sono molto instabili (qualsiasi variazione dell’ambiente può fargli variare stato, tale caratteristica è detta “Incoerenza quantica“), devono trovarsi a temperature molto basse (nell’ordine dei millikelvin) e mantengono la posizione soltanto per 100 microsecondi.

Queste condizioni rendono molto frequenti gli errori, che sono anche difficilissimi da individuare. Secondo vecchi calcoli di Google ogni Qubit presentava l’1% di errori in lettura e che sarebbero stati necessari 49 quantum bit per raggiungere la supremazia quantica, purtroppo i problemi e le difficoltà non provengono solo dai bit quantici. Infatti, affinché tutto funzioni è necessaria armonia e sincronia tra una serie complessa di tecnologie che vanno dal software all’elettronica di controllo al processore stesso.

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Se la correzione degli errori nei processori al silicio avviene tramite la logica di Boole, per la quale ogni variabile può assumere un solo valore, vero o falso, questo non può essere applicato ai processori quantici proprio a causa delle superposizioni che possono assumere i Qubit.

Per ora il metodo applicato da Google è il controllo singolo e manuale di ogni bit quantico che nel frattempo può cambiare posizione.  Non conosciamo con esattezza quale sia il nuovo approccio di Google a questo problema, ma il team ha affermato che il nuovo sistema di correzione si basa su una superficie di codice, tramite la quale si possono studiare gli errori di primo e secondo ordine, facilitando lo sviluppo dei calcoli quantici sui dispositivi hardware.

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L’attesa per avere il primo sistema quantico mainstream è ancora indefinita, ma Google è sicura che questi risultati spianeranno la strada alle architetture quantiche che prima o poi saranno lo standard.

Mentre Google lavora su Bristlecone e su un sistema di benchmarking, gli altri competitors non sono con le mani in mano e lavorano costantemente per raggiungere la potenza di calcolo necessaria per dichiararsi i detentori della supremazia quantica.

Possiamo dire con certezza che ognuno lavora in maniera completamente diversa dagli altri, infatti Microsoft non è riuscita ancora a produrre un bit quantico, ma sta lavorando già da tempo ad un linguaggio di programmazione ad hoc e quando riuscirà a produrre i suoi Qubit sarà in grado, molto probabilmente, di raggiungere le 49 unità senza problemi. IBM, dal canto suo, ha un processore quantico con 50 Qubit e sfrutta il cloud per realizzare simulazioni di calcolo del computer quantico.

La pressione generata da questi annunci di Google, si va ad aggiungere all’analisi del Communications Industry Researchers, il quale ritiene che l’informatica quantica sia già abbastanza matura per essere considerata un grande business, infatti, il fatturato, secondo questa agenzia, salirà dai 1.9 bilioni di dollari del 2023 agli 8 bilioni del 2027.

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