Da 600 milioni di anni a meno di tre mesi per una simulazione, in cerca del vantaggio quantistico

Una ricerca di HPE, dell'Università di Bristol e dell'Imperial College di Londra ha confutato le affermazioni di un gruppo di ricerca cinese sul tempo necessario per effettuare la simulazione di un sistema quantistico sui supercomputer odierni: secondo il gruppo cinese ci sarebbero voluti 600 milioni di anni, ma secondo HPE e i ricercatori britannici bastano meno di tre mesi. Un risultato che conferma l'utilità dei computer tradizionali anche in un mondo post-quantistico.

I supercomputer restano necessari anche con i computer quantistici

La maggior parte dei produttori di computer quantistici si sta attualmente concentrando sul raggiungimento del cosiddetto "vantaggio quantistico", ovvero la dimostrazione pratica che i computer quantistici sono in grado di svolgere in tempi ragionevoli calcoli che richiederebbero un tempo eccessivo (dai decenni ai milioni di anni) sulle architetture tradizionali. Tale risultato non è però così scontato da ottenere, in particolare perché l'ottimizzazione degli algoritmi e l'uso di approcci differenti può talvolta portare a una riduzione drastica dei tempi di calcolo.

È questo il caso della ricerca condotta da HPE, dall'università di Bristol e dall'Imperial College di Londra. I ricercatori hanno infatti dimostrato come la simulazione del protocollo noto come "Gaussian Boson Sampling" (GBS, in italiano "campionamento gaussiano dei bosoni"), ovvero la misura dello stato quantistico della luce usando rilevatori di singoli fotoni, richieda un tempo molto inferiore alle attese.

Un gruppo di ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnica della Cina (USTC) ha infatti affermato di aver effettuato tale simulazione con un computer quantistico fotonico in appena 200 secondi, stimando che usando il più potente supercomputer al mondo sarebbero serviti 600 milioni di anni per ottenere lo stesso risultato. La ricerca di HPE e degli istituti britannici ha dimostrato invece come usando un approccio differente sia possibile ridurre i tempi significativamente e, effettuando delle simulazioni sul supercomputer Isambard4 e su uno a uso interno di HPE, hanno calcolato che servirebbero "solo" 73 giorni sul supercomputer più potente a oggi disponibile (il giapponese Fugaku) e appena tre settimane su un supercomputer exascale.

I computer tradizionali come supporto allo sviluppo dei computer quantistici

Sebbene le tempistiche espresse dalla ricerca siano ancora ben lontane da quelle promesse dai computer quantistici, che sono nell'ordine dei minuti, la differenza più notevole è quella tra i 600 milioni di anni e le tre settimane (8 ordini di grandezza!). L'aspetto più significativo della vicenda è che è, quindi, possibile usare i supercomputer attuali per confermare i risultati ottenuti con i computer quantistici e aiutare, quindi, lo sviluppo di questi ultimi.

Questa ricerca non può che portare, ancora una volta, a porsi degli interrogativi relativamente a quali siano i reali limiti delle architetture odierne e di quelle quantistiche. Non c'è dubbio che alcune applicazioni traggano enormi benefici dall'uso dei computer quantistici e che questi diventeranno insostituibili in molti ambiti, come la simulazione di molecole complesse.

Dall'altro lato, però, sembra che i margini per ottenere risultati significativi anche con i computer tradizionali siano in alcuni casi più ampi di quanto si pensasse. Un ulteriore esempio di ciò è il famoso proclama da parte di Google di aver raggiunto la supremazia quantistica: fu sconfessato lo scorso novembre da tre ricercatori che dimostrarono, adottando un approccio differente, come fosse possibile ottenere risultati simili senza usare computer quantistici. Questo aspetto è però vero anche per quanto riguarda i computer quantistici: ad esempio, l'entanglement forging di IBM rende possibile approcciare problemi di portata maggiore con "semplici" cambi di metodo.

I computer tradizionali, insomma, sono ben lungi dall'essere "morti" e surclassati, almeno fino a quando non verranno prodotti computer quantistici con la correzione degli errori e migliaia di qubit logici. A quel punto, a meno di vere rivoluzioni copernicane, non ci sarà davvero più competizione in quegli ambiti in cui si teorizza ci sia il vantaggio quantistico.