Computer quantistici a partire dal vetro evaporato. IonQ presenta i suoi nuovi chip

IonQ, startup specializzata nella progettazione e nella realizzazione di computer quantistici, ha annunciato di aver sviluppato delle nuove trappole ioniche basate non sul silicio cristallino, ma su strati di vetro evaporato. Secondo l'azienda, questo cambiamento dovrebbe portare a una scalabilità dei chip molto superiore rispetto al passato e, di conseguenza, al raggiungimento di potenze di calcolo superiori in tempi più brevi grazie all'impiego di quella che viene chiamata "architettura multicore".

IonQ punta sul vetro come materiale del futuro dei computer quantistici

Contrariamente a concorrenti come Google e IBM, IonQ usa dei dispositivi chiamati "trappole ioniche" per costruire i propri computer quantistici (Honeywell, anch'essa attiva in questo campo, usa la stessa tecnologia). Si tratta di oggetti noti e usati da decenni: il concetto alla base del loro funzionamento è quello che uno ione, ovvero un atomo con elettroni in più o in meno rispetto al suo normale stato di equilibrio, crea un campo elettrico a cui corrisponde un campo magnetico e questo fatto può essere sfruttato per creare una "gabbia" magnetica in cui è molto più facile controllarne la posizione ed effettuarne la manipolazione.

In una trappola ionica uno o più ioni sono sospesi in un campo magnetico variabile che permette di spostarli e riconfigurarli con una stabilità e una precisione significativi. Ciò permette di controllare meglio anche le operazioni quantistiche che si vuole effettuare: IonQ impiega dei laser per inviare impulsi di luce creati appositamente agli ioni, cambiandone così le caratteristiche quantistiche e ottenendo stati come l'entanglement. A quel punto gli ioni vengono manipolati per effettuare i vari calcoli. Il vantaggio che hanno le trappole ioniche è la maggiore stabilità degli ioni rispetto a tecnologie come i superconduttori: il livello di fedeltà, ovvero l'assenza di errori nei calcoli, è molto superiore rispetto alle alternative, tanto che i computer quantistici di IonQ sono già ora considerabili i più potenti sul mercato sotto il profilo del quantum volume (un'unità di misura ideata da IBM che tiene conto di vari fattori, tra cui appunto la fedeltà, per paragonare dispositivi dotati di architetture diverse).

La novità che IonQ ha annunciato è che i suoi nuovi chip dove sono presenti le trappole ioniche utilizzano strati di vetro ottenuto per deposizione dai vapori. La motivazione alla base di questo materiale così insolito è che il vetro, al contrario del silicio usato nei chip, non consente la formazione delle correnti parassite e pertanto garantisce una migliore stabilità e calcoli con un tasso di errore ancora minore rispetto ai dispositivi precedenti.

IonQ afferma che il nuovo chip è "multicore", ma il nome tratto dai computer tradizionali non deve trarre in inganno: ciò che avviene è che 64 ioni sono divisi in quattro gruppi di 16 e ciascun gruppo può operare indipendentemente dall'altro, di fatto come se fosse un computer quantistico a sé stante. Due gruppi possono essere avvicinati e "fusi" per creare un unico gruppo da 32 qubit; tale configurazione può essere ulteriormente modificata per includere tutti e 64 i qubit. IonQ chiama per questo "reconfigurable multicore quantum architecture" (RMQA, "architettura quantistica multicore riconfigurabile") la sua soluzione, dato che consente di intervenire sulla configurazione per effettuare calcoli più complessi.

Dei 64 qubit a disposizione, però, solo 48 sono effettivamente utilizzabili per i calcoli: in ogni gruppo da 16, infatti, 4 qubit vengono destinati al mantenimento delle condizioni di temperatura del gruppo. Gli ioni sono infatti raffreddati a temperature molto basse e avere degli ioni in più consente di sfruttarli come "serbatoi" di freddo da utilizzare durante le operazioni di riconfigurazione, che per loro natura vanno a mutare lo stato energetico degli ioni, per avere maggiore stabilità.

Come riporta IEEE Spectrum, IonQ prevede in futuro di sviluppare connessioni fotoniche tra chip così da poter collegare gli ioni presenti in più processori: per via del funzionamento della meccanica quantistica, "una volta che viene effettuato l'entanglement, la distanza non conta più e che si tratti o meno di più catene su un chip o tra diversi chip, funzionano insieme come se fosse un unico grande computer quantistico", come dice il CEO di IonQ Peter Chapman. Gli sviluppi futuri includono anche un numero maggiore di qubit sullo stesso chip, un'evoluzione resa più semplice (nuovamente) dal passaggio al vetro evaporato.

Se e come queste evoluzioni permetteranno di mostrare quel "vantaggio quantistico" che tutto il settore insegue da tempo è difficile a dirsi. È però probabile, per usare cautela, che i nuovi chip apriranno le porte a calcoli più complessi e a una migliore comprensione di come far evolvere ulteriormente i computer quantistici per arrivare a usarli per applicazioni reali.