ColdQuanta propone un computer quantistico a 100 qubit 'ad atomi freddi': cosa vuol dire

ColdQuanta, azienda statunitense specializzata nella manipolazione di atomi a temperature vicino allo zero assoluto, ha annunciato nei giorni scorsi il proprio ingresso nel mondo dei computer quantistici con un dispositivo dotato di 100 qubit. Noto come Hilbert, tale computer quantistico rappresenta un balzo in avanti nel numero di qubit rispetto a quanto offerto da colossi del settore come IBM e Google. La sua peculiarità, però, è quella di utilizzare una tecnologia che l'azienda chiama "ad atomi freddi", che la distingue dalla concorrenza.

ColdQuanta supera il muro dei 100 qubit con gli "atomi freddi"

ColdQuanta ha lanciato il suo primo computer quantistico, chiamato Hilbert, usando una tecnica nota come "atomi freddi" che le permette di superare i concorrenti di un ordine di grandezza, arrivando a 100 qubit.

Va notato che ColdQuanta si riferisce alla sua tecnica come "atomi freddi", ma usa talora anche le espressioni "atomi di Rydberg" e "atomi neutri". per questo motivo pare che non si tratti di una tecnica differente da quella adottata anche dall'europea Pasqal: un elettrone viene portato a uno stato di eccitazione tale da essere molto vicino alla ionizzazione, ma senza raggiungerla e portando tale elettrone a comportarsi secondo quanto previsto dal modello di Bohr, ovvero come una particella che si muove intorno al nucleo in orbitali ben definiti ed è quindi controllabile molto più facilmente (e in maniera prevedibile) rispetto ad altri metodi.

La differenza principale tra l'approccio di Pasqal e quello di ColdQuanta è quello della temperatura. Se Pasqal usa atomi a temperatura ambiente, ColdQuanta li raffredda invece a pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto (-273,15 °C), portando dunque gli atomi a essere molto più facilmente controllabili. Per ottenere questo risultato, l'azienda fa affidamento su una serie di laser per il raffreddamento e su un mix di laser e microonde per il controllo degli atomi.

Grazie a questo metodo, ColdQuanta non ha bisogno di impiegare i grandi refrigeratori a diluizione con l'elio liquido come i concorrenti che usano computer a superconduttori (ad esempio IBM e Google), liberandosi così dei forti limiti in termini di spazio e di efficienza nella dissipazione del calore che tali dispositivi portano con sé. Un ulteriore elemento di vantaggio teorico è il minor limite alla scalabilità dei processori "ad atomi freddi": l'impiego di singoli atomi porta infatti a una riduzione netta nello spazio necessario per realizzare il computer quantistico, con una densità teorica di qubit molto maggiore rispetto ai dispositivi a superconduttori. L'azienda afferma che la camera contenente gli atomi è tanto piccola da poter essere tenuta in mano.

Nel mondo dei computer quantistici, poi, uno degli elementi di cui tenere conto è quello della connessione tra i vari qubit. Dal momento che per effettuare i calcoli sfruttando le proprietà quantistiche dei qubit è necessario effettuare l'entanglement di due di essi, una proprietà particolarmente desiderabile è quella di poter mettere in relazione i qubit a proprio piacimento, potendo così effettuare ogni genere di calcolo possibile. Con i computer quantistici a superconduttori ciò non è possibile e bisogna limitarsi all'entanglement tra i due qubit più vicini (nelle quattro direzioni); con l'approccio di ColdQuanta, invece, è possibile collegare gli otto atomi più vicini, con l'obiettivo di arrivare a 36 entro il 2023: si tratta già ora di uno dei risultati più significativi, secondo solo a quello di IonQ, che arriva a 11.

Rimangono comunque diversi scogli da superare per ColdQuanta. Il primo è quello della fedeltà, ovvero della resistenza dei qubit alle interferenze dall'esterno e, dunque, all'insorgere di errori nei calcoli: l'azienda si trova infatti dietro tutti i concorrenti a eccezione di Rigetti. Una importante sfida che l'azienda dovrà affrontare nel suo percorso sarà l'impiego di un numero elevato di qubit: nonostante ColdQuanta prometta di arrivare a 1.000 qubit entro il 2023, la sfida ingegneristica per arrivare a tale traguardo è notevole e non prima di impervietà.

ColdQuanta sta lavorando all'ottimizzazione della sua tecnica, così da superare le principali difficoltà come il livello ridotto di fedeltà. L'azienda promette di lanciare Hilbert entro la fine dell'anno e di renderlo disponibile inizialmente tramite il proprio cloud privato, ma successivamente anche tramite i cloud di Amazon, Google e Microsoft.

La presenza di così tanti metodi diversi per approcciare il problema dei computer quantistici implica che ci siano molte possibilità per arrivare al risultato desiderato, ovvero di computer quantistici potenti abbastanza da svolgere calcoli utili in tempi altrimenti non possibili con i computer classici. Se il metodo vincente sarà quello di ColdQuanta, quello di un concorrente o un altro ancora non inventato, non è possibile sapere in questo momento e rappresenta un potente simbolo dello stato embrionale in cui ancora si trova il mondo dei computer quantistici.