I computer quantistici in ogni data center: l'ambizioso piano di IonQ

È noto che Bill Gates aveva il sogno di portare "un computer in ogni casa" e IonQ sembra voler ripercorrerne le orme nell'ambito dei computer quantistici. "Un computer quantistico in ogni data center" sembra un buon riassunto dell'obiettivo di IonQ, che appare piuttosto sicura di sé rispetto alla sua possibilità di creare computer quantistici utili ai fini pratici entro pochi anni e di portarli nei data center. Un obiettivo che sa di fantascienza e che appare piuttosto lontano dalle previsioni di pressoché ogni altra realtà che stia sviluppando un computer quantistico, ma sotto cui ci sono basi scientifiche e ingegneristiche che paiono solide.

IonQ: i quantum computer per i data center in arrivo entro il 2023

IonQ appare piuttosto ambiziosa nello stilare i propri piani per i prossimi anni. L'azienda è tra le principali realtà nel nascente mondo del quantum computing e utilizza una tecnologia differente rispetto a concorrenti come IBM e Google: il suo processore quantistico utilizza infatti le trappole ioniche, dispositivi già ben noti e utilizzati da tempo (ad esempio nella costruzione di orologi atomici). Ciò le consente di avere un controllo sullo stato degli atomi ben maggiore rispetto a quello delle altre tecnologie attualmente impiegate per costruire i computer quantistici.

Le trappole ioniche sono dispositivi che, come suggerisce il nome, "intrappolano" atomi carichi elettricamente, chiamati ioni. In tale condizione è poi possibile manipolare lo stato di tali atomi utilizzando dei laser. Il vantaggio di questo approccio sta nel fatto che è particolarmente stabile ed è molto meno soggetto a errori rispetto alle alternative, come l'uso dei superconduttori o della ricottura quantistica. Questo è il motivo per cui la cosiddetta "fedeltà" di questi processori, ovvero la loro capacità di operare con un margine di errore ridotto, è superiore e consente loro di arrivare a livelli di quantum volume che le altre tecnologie sono ancora lontane dal raggiungere.

Proprio questa differenza tecnologica, che sembra al momento favorire IonQ, dà all'azienda una certa sicurezza nel fare previsioni: entro il 2023 è pianificato il lancio di computer quantistici modulari da rack, ovvero da armadi per data center. Sarebbe un'evoluzione significativa del settore, che porterebbe ipoteticamente un numero molto maggiore di aziende a poter accedere a computer quantistici con cui effettuare esperimenti, sebbene rimanga da vedere quale utilità avranno tali computer tra tre anni e quali prezzi avranno.

In un'intervista a TechCrunch, Peter Chapman, CEO e presidente di IonQ, afferma che "questo è l'obiettivo. Non appena si arriva al 2023 [e agli avanzamenti tecnologici conseguenti], si può arrivare a una scala più ampia in maniera diversa, ovvero: posso semplicemente dire a qualcuno a Taiwan di iniziare la produzione e di darmi 10.000 di questi oggetti [i processori, NdR]. E si arriva a una scala ampia anche tramite la produzione. Non c'è niente di quantistico in alcuna delle cose hardware che stiamo facendo." Questo perché la parte quantistica sta negli atomi intrappolati, mentre i processori in sé non contengono componenti intrinsecamente quantistiche.

A imprimere questa decisa accelerazione nello sviluppo sarebbe il raggiungimento di un interessante traguardo tecnico: l'integrazione sullo stesso chip anche della fotonica, ovvero di tutte le componenti necessarie per creare i laser che permettono il funzionamento del processore. Ciò abbassa i costi e incrementa il controllo sulla piattaforma. Un risultato simile è stato recentemente annunciato da Intel, che però prevede di farne uso per velocizzare il trasferimento dei dati nei computer "tradizionali" basati sul silicio.

Quanto conta un qubit? Dipende

IonQ usa il termine "qubit algoritmici" al posto del più usato "qubit logici", con un significato leggermente diverso. I qubit algoritmici sono definiti come il logaritmo in base 2 del quantum volume di un sistema - o, di contro, il quantum volume è definito come una potenza di 2 il cui esponente è pari al numero di qubit algoritmici. Si tratta di un dettaglio significativo, perché il calcolo è del tutto simile a quello che si utilizza per parlare dei processori basati sul silicio: si parla infatti di "processori a 32 bit" per definire i processori in grado di indirizzare 4.294.967.296 byte di memoria, ovvero 2³² byte, poiché un bit nell'indirizzo di memoria corrisponde a un byte nella RAM - e lo stesso meccanismo matematico, per quanto adattato a un contesto differente, è quello proposto da IonQ. Un computer quantistico con 40 qubit algoritmici avrebbe dunque un quantum volume di circa 100 miliardi, ad esempio.

Il problema, però, sta nel fatto che i qubit algoritmici non coincidono con i qubit fisici: attualmente IonQ utilizza 13 qubit per ottenere 1 qubit algoritmico. Nel futuro prossimo il rapporto si sposterà a 16:1, mentre una volta arrivati a 1.000 qubit algoritmici il rapporto sarà di 32:1, secondo le previsioni dell'azienda.

IonQ prevede che il 2028 sarà l'anno in cui offrirà il primo computer con 1.000 qubit algoritmici e che dovrà pertanto avere 32.000 qubit fisici: i numeri crescono rapidamente, ma Chapman afferma che questo non è un problema perché è molto più facile scalare verso l'alto con la tecnologia a trappole ioniche che con le tecnologie concorrenti. "Stanno facendo progressi fantastici nella fisica, in particolare con le piattaforme a stato solido. Fanno un po' di progressi ogni anno, ma un piano per i prossimi 10 anni, se basato su qubit allo stato solido, si affida a scoperte fondamentali nella scienza dei materiali. E magari ce la faranno, non è detto. Ma la fisica degli atomi è ben nota e siamo molto convinti del percorso ingegneristico che abbiamo davanti perché è ingegneria basata su protocolli e dispositivi noti."

Resterà da vedere se IonQ riuscirà a proseguire nel suo percorso di sviluppo o se, invece, interverranno problemi attualmente non noti o non considerati. L'uso di trappole ioniche le garantisce in teoria un vantaggio, ma capire se tali strumenti saranno in grado di funzionare ugualmente bene con centinaia o migliaia di qubit resta una questione aperta. Il mondo dei computer quantistici è ancora all'inizio e c'è ancora molto da scoprire. L'azienda appare particolarmente ambiziosa e se è vero che questa mentalità può proiettare verso svolte scientifiche e tecnologiche notevoli, dall'altro lato il rischio è quello di finire come Icaro: ambizioso, sì, ma incapace di fare i conti con le conseguenze della propria ambizione.