Amazon costruirà un computer quantistico nel suo nuovo centro di ricerca in California

Sebbene l'ultima frontiera resti senza dubbio lo Spazio, come ricorda una famosa serie fantascientifica, nel mondo dell'informatica sono i computer quantistici a rappresentare la frontiera attuale e del futuro. Amazon ha recentemente annunciato il proprio ingresso in questo mercato, con l'intenzione di costruire il proprio computer quantistico e competere, dunque, con concorrenti come IBM e Google. Lo farà dal nuovo AWS Center for Quantum Computing, costruito nel campus del California Institute of Technology.

Amazon annuncia che costruirà un computer quantistico

Amazon ha annunciato che intende sviluppare, nel corso dei prossimi anni, un proprio computer quantistico basato su qubit superconduttori. Attualmente non c'è una tecnologia prevalente nella costruzione di questi dispositivi e ci sono molteplici approcci, ciascuno con i suoi pro e i suoi contro; i qubit superconduttori, impiegati anche da IBM e Google, sono per molti versi più complessi da gestire, ma la produzione dei processori è per molti versi simile a quella usata attualmente per le CPU tradizionali ed è pertanto più semplice da affrontare.

Il problema più importante che Amazon punta a risolvere con il suo AWS Center for Quantum Computing, centro appena inaugurato dove si svolgerà lo sviluppo dei suoi computer quantistici, è quello della correzione degli errori. I computer quantistici sono infatti soggetti agli errori in misura molto maggiore rispetto a quelli tradizionali per via della natura del loro funzionamento: i dispositivi a superconduttori sono infatti raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto (0 K o -273,15 °C), perché in questo modo è possibile manipolare i qubit in maniera tale da far assumere loro le proprietà quantistiche necessarie a effettuare i calcoli, ma in tali condizioni qualunque interazione con l'ambiente esterno porta a cambiamenti nello stato quantistico che, a loro volta, influiscono sul risultato dei calcoli portando ad errori. Il problema non è, per certi versi, dissimile a quello dei raggi cosmici sui computer presenti sulla ISS, con la differenza che non esiste una schermatura che può proteggere i computer quantistici.

Amazon intende supplire ai difetti intrinsechi nella natura di questi oggetti, amplificati al crescere dei qubit, con innovazioni nella correzione degli errori quantistici (o QEC, dall'inglese quantum error correction). Nello specifico, Amazon propone quelli che chiama "qubit del gatto di Schroedinger", ovvero qubit creati a partire da degli oscillatori armonici lineari. La loro caratteristica è quella di avere un tasso di errore molto più limitato rispetto alle alternative per quanto riguarda i bit flip, ovvero il cambiamento del valore di un bit (o, in questo caso, qubit) da 0 a 1 o viceversa.

Il prezzo da pagare è un maggiore tasso di errore per quanto riguarda i phase flip, ovvero l'inversione della parità nella superposizione di 0 e 1. Per quanto complesso, questo passaggio si può spiegare intuitivamente nel modo seguente. I qubit altro non sono che la rappresentazione della probabilità che il valore contenuto al loro interno collassi su uno stato 0 o su uno stato 1. Dal momento che a livello quantistico la materia si comporta come fosse un'onda, oltre che come fosse una particella, si creano delle interazioni tra le onde che possono essere controllate senza alterare il valore che trasportano. Si può sfruttare questo fatto per creare delle onde utili a controllare i qubit senza, però, alterarli.

L'inversione di fase fa sì che sia necessario invertire anche la fase di tali onde, e qui sta il problema principale. La tecnica di Amazon prevede di usare i "qubit del gatto" (Amazon li chiama "cat qubits" in inglese) per rilevare questi errori e correggerli. Il motivo per cui l'azienda usa questo metodo sta nel fatto che gli errori di bit flip decrescono esponenzialmente, mentre i phase flip aumentano solo linearmente: in altre parole, Amazon sembra aver trovato un metodo pratico con più vantaggi che svantaggi.

Ci vorrà comunque ancora del tempo prima che Amazon lanci il primo dispositivo. Per il momento l'obiettivo è quello di dimostrare che è possibile costruire un qubit logico con una fedeltà (ovvero un tasso di errori) migliore rispetto ai qubit fisici; sul lungo termine, invece, l'azienda punta a costruire un computer quantistico con milioni di qubit in grado di rispondere alle esigenze della scienza dei materiali, della logistica e di altri settori ancora con simulazioni affidabili della realtà. Che, come diceva Feynman, è quantistica e dev'essere pertanto simulata con un computer quantistico.