Google annuncia un passo in avanti significativo nella correzione degli errori dei computer quantistici

Google ha annunciato un importante passo avanti nello sviluppo dei computer quantistici: per la prima volta, aumentando i qubit fisici all'interno di un qubit logico si è ottenuta una riduzione degli errori. Per quanto il risultato ottenuto sia lontano dall'avere applicazioni pratiche, è un importante segnale che il metodo impiegato funziona e che i progressi nella costruzione dei processori sono tangibili.

Migliore correzione degli errori per la CPU quantistica di Google

Il problema che tutti i computer quantistici attuali devono affrontare è quello della cosiddetta decoerenza, ovvero l'insorgere di errori dovuti all'interferenza da parte del mondo esterno sulle delicate interazioni quantistiche. Bastano infatti cambiamenti minimi nelle condizioni in cui sono i qubit (i "bit quantistici", che possono essere svariate cose tra cui uno ione, un circuito superconduttore o un'imperfezione in un diamante) perché i calcoli vengano disturbati, cosa che porta a un risultato finale errato.

L'idea più ampiamente accettata è che per superare questa caratteristica dei qubit sia necessario usarne più d'uno per creare i cosiddetti qubit logici, in grado di resistere alle interferenze esterne. Tale resistenza deriva dall'idea che se si usano più qubit fisici, un errore in uno può essere individuato e corretto comparandolo con gli altri. È possibile tracciare un parallelo con la tecnica dell'oversampling in cui si usano, ad esempio, più pixel per effettuare l'interpolazione e ottenere un singolo pixel di qualità superiore.

Il problema, però, è che finora si è trattato più di teoria che di pratica. I tentativi di costruire qubit logici con pochi qubit fisici hanno dato buoni risultati, ma usarne un numero maggiore ha portato all'aumento del tasso di errori. Quello che potrebbe apparire come un risultato controintuitivo è, in realtà, logico: se l'hardware ha un tasso d'errore troppo elevato, usare un maggior numero di qubit porta a un quantitativo di errori più alto che non può poi essere corretto.

Proprio per questo il risultato annunciato da Google è particolarmente rilevante: perché l'azienda ha comunicato di essere riuscita per la prima volta ad aumentare il numero di qubit fisici all'interno di uno logico ottenendo una riduzione del tasso di errore, anziché un aumento. Questo risultato è il frutto di un miglioramento del tasso di errore a livello fisico dei singoli qubit ed è, dunque, quello che potremmo definire un miglioramento dell'hardware.

Google ha usato due metodi differenti: in entrambi i dati sono stati inseriti in una griglia quadrata di qubit, prima di 3x3 e poi di 5x5. Nel primo caso erano necessari 17 qubit, nel secondo 49, ovvero quasi tre volte tanto. Grazie proprio ai miglioramenti nell'hardware, la riduzione del tasso di errore ha portato la configurazione più grande a un minor quantitativo di errori, nonostante l'aumento del numero di qubit.

Non si tratta di un cambiamento drastico: la configurazione con 49 qubit ha infatti dimostrato un tasso di errore del 2,914%, contro il 3,028% della configurazione più piccola. È una differenza dello 0,11%, a tutti gli effetti trascurabile. La cosa importante, però, è che questa differenza esiste: è una dimostrazione della validità dell'approccio seguito da Google. Secondo l'azienda, ci vorrà un miglioramento ulteriore del 20% nei qubit fisici prima di vedere un vantaggio significativo per i qubit logici di grandi dimensioni. L'obiettivo che l'azienda si è data per raggiungere questo traguardo è almeno al 2025, se non più tardi.

Questo passaggio non va comunque a toccare uno degli altri grandi problemi che i computer quantistici si trovano ad affrontare: quello della dimensione dei chip. Per aumentare il numero di qubit fisici sarà infatti necessario sviluppare dei metodi alternativi per produrre questi processori, oppure interconnetterli tra loro. In questo modo si potrà ottenere un numero di qubit fisici sufficientemente elevato da rendere possibili calcoli "interessanti", perché già ora si sta raggiungendo il limite di quanto è fisicamente possibile ottenere. Proprio l'approccio di interconnessione è quello che ha annunciato che seguiràIBM, che sta sviluppando i propri computer quantistici. Non è chiaro quale approccio seguirà Google.

Questo nuovo studio di Google indica dunque la via verso computer quantistici più efficaci e in grado, finalmente, di risolvere problemi reali. Ci vorranno ancora diversi anni, ma la strada è tracciata.