Google ci riprova: il suo computer quantistico, Sycamore, sarebbe più veloce di qualunque supercomputer

Quando si parla di computer quantistici, uno dei problemi che emerge è quello del paragone con i computer classici. Nel 2019 Google aveva annunciato che il suo elaboratore quantistico, Sycamore, aveva superato la capacità di calcolo di un computer classico; tale affermazione era stata smentita in seguito, ma l'azienda ha pubblicato un nuovo studio in cui avrebbe dimostrato la superiorità di Sycamore rispetto agli attuali supercomputer. C'è anche una scoperta interessante: una nuova fase in cui il livello di rumore, ovvero di errori, è ridotto.

Google ci riprova: Sycamore è più veloce di un supercomputer

In uno studio pubblicato su Nature, i ricercatori di Google parlano della ricerca di un modo per sfruttare i computer quantistici attuali, che sono caratterizzati dalla presenza di un elevato tasso d'errore. Le interazioni con l'ambiente, infatti, portano alla cosiddetta "decoerenza", ovvero la perdita o l'alterazione di quegli stati quantistici che vengono usati per i calcoli, con la conseguenza che i calcoli contengono degli errori.

La ricerca di Google dimostra, tuttavia, come esista una serie di stati in cui anche i dispositivi attuali hanno un basso tasso d'errore e possono quindi essere usati per effettuare calcoli con una buona resa. Ci sono ancora delle limitazioni sul tipo di calcoli che è possibile fare, ma in alcuni ambiti specifici ci sarebbe già la possibilità di dimostrare che i dispositivi quantistici hanno un vantaggio rispetto alle controparti classiche.

Gli scienziati hanno eseguito un benchmark chiamato "Random Circuit Sampling" (RCS, in breve): si tratta di una serie di circuiti, ovvero calcoli sulle porte logiche quantistiche e misurazioni, che sono scelti casualmente per raggiungere un certo numero di stati quantistici a partire da tutti quelli possibili. Ciò significa che il computer quantistico va a eseguire calcoli casuali che portano a raggiungere stati quantistici che sono, almeno in teoria, equamente e uniformemente distribuiti nel gruppo di tutti quelli possibili. Non vengono eseguiti, dunque, solo quei calcoli che sono più semplici da eseguire con l'hardware attuale (o, viceversa, più difficili con i simulatori), ma anche quelli che risultano più complessi.

In altri termini, e semplificando ulteriormente: un computer quantistico può raggiungere in teoria un certo numero di stati quantistici, che è estremamente elevato e che è impossibile da esplorare interamente con l'hardware odierno; per dimostrare, però, che il dispositivo potrebbe teoricamente raggiungere tutti questi stati individualmente, se ne sceglie un numero finito da calcolare. Per fare un parallelo: è un po' come dimostrare che un aereo può raggiungere qualunque punto nel mondo scegliendo un insieme casuale di aeroporti, distribuiti equamente su tutto il globo; siccome l'aereo può raggiungerli tutti, è lecito affermare che può raggiungere qualunque aeroporto, perché questo sottoinsieme è rappresentativo dell'insieme totale.

L'esperimento di Google ha dimostrato che Sycamore è in grado di eseguire il benchmark RCS con prestazioni superiori a quelle del migliore supercomputer classico, che al momento è Frontier. I ricercatori affermano che ci vorrebbero 10.000 anni perché Frontier ottenga lo stesso risultato. C'è da augurarsi che questa volta non ci siano smentite a breve, visto che il numero di anni è identico allo studio precedente.

Una nuova fase quantistica con pochi errori

Al di là di facili ironie, però, l'aspetto più rilevante e interessante dello studio è, in realtà, il fatto che esiste una sorta di "isola di stabilità" nei computer quantistici odierni: in certe condizioni, è possibile mantenere un livello di rumore limitato che consente ai dispositivi di effettuare calcoli riducendo gli errori.

Proprio questa riduzione negli errori è ciò che consentirebbe a Sycamore di operare con risultati migliori rispetto a quelli offerti dai supercomputer classici.

Sfruttare questa fase con basso rumore potrebbe dunque essere un modo per impiegare i computer quantistici già disponibili, in attesa dell'arrivo dei primi modelli in grado di supportare la correzione degli errori.