IBM presenta Osprey, processore quantistico da 433 qubit, e molte altre novità all'IBM Quantum Summit 2022

Si chiama Osprey ed è il processore quantistico a superconduttori con più qubit al mondo. IBM l'ha presentato, insieme a molte altre novità, all'IBM Quantum Summit 2022, la conferenza annuale dell'azienda dedicata ai computer quantistici. Si è parlato non solo del nuovo processore, ma anche di software, di correzione degli errori, dello sviluppo del nuovo System Two, della tecnologia quantum safe e dell'ecosistema di partner e clienti.

IBM Osprey: arriva il processore quantistico da 433 qubit

L'anno scorso IBM aveva lanciato Eagle, la prima CPU quantistica a superare la soglia dei 100 qubit arrivando a 127 qubit. Oggi IBM presenta Osprey, che offre 433 qubit, più di tre volte quelli del modello precedente. Si tratta di un passo avanti importante nello sviluppo di hardware quantistico, perché mette a disposizione un numero sufficiente di qubit da poter effettuare calcoli complessi. Per dare una misura della complessità di questo processore, non è possibile ottenere una rappresentazione del suo stato usando i computer classici. Ciò avviene perché, se si volessero elencare tutte le possibili combinazioni di valori che il processore è in grado di trattare, sarebbe necessario un numero di bit classici più grande del numero di atomi presenti nell'intero universo conosciuto.

IBM Quantum System Two: il sistema del futuro si avvicina

IBM ha dedicato molto spazio, nella conferenza di presentazione delle novità dedicata ai giornalisti, a System Two, il sistema in cui saranno inseriti i futuri processori quantistici dell'azienda. IBM aveva già parlato di System Two lo scorso anno, quando l'aveva presentato ufficialmente, ma quest'anno ha diffuso ulteriori dettagli e informazioni che fanno capire come stia cambiando anche la visione dei computer quantistici.

System Two è tutto ciò che sarà intorno ai futuri processori quantistici di IBM: ci saranno quindi il refrigeratore criogenico, l'elettronica per controllare i qubit, quella per interfacciarsi con i computer classici e così via. Il sistema è progettato per ospitare i futuri chip multipli a cui sta lavorando IBM, che punta ad avere le prime unità operative per la fine del 2023.

A proposito di elettronica per controllare i qubit, IBM afferma di essere riuscita a ridurla da un intero armadio rack fino a un chip grande come l'unghia di un mignolo. Il modello presentato due anni fa, a titolo di confronto, consumava 100 W per ciascun qubit da controllare. Il nuovo chip, invece, consente di controllare 4 qubit con un consumo di appena 10 mW complessivi.

Abbiamo domandato a Jay Gambetta, vice presidente di IBM Quantum, se i computer quantistici saranno dispositivi indipendenti o se, invece, funzioneranno a fianco dei computer classici, fungendo da acceleratori. La risposta di Gambetta è stata che questa è esattamente la visione di IBM, che immagina un futuro in cui ci saranno computer classici e quantistici che lavoreranno fianco a fianco e i programmi sceglieranno quali usare per effettuare i calcoli in base ai punti di forza di ciascun approccio. "Se è possibile risolvere il problema in maniera efficiente su un computer classico, non bisognerebbe usarne uno quantistico", ci ha detto Gambetta. "Anche se teoricamente qualunque programma per un computer classico può essere scritto per funzionare su uno quantistico, vista la presenza di rumore, overhead e altre cose, non ha senso farlo. Bisogna usare i computer quantistici per i calcoli in cui eccellono."

L'azienda parla apertamente di "quantum-centric supercomputing", ovvero di "supercalcolo incentrato sui computer quantistici", cosa che ben fa capire come IBM intenda i nuovi dispositivi: come un corredo ai supercomputer classici.

Si tratta di un'interessante evoluzione nel modo in cui i computer quantistici e il loro futuro vengono raccontati, perché si prende atto del fatto che, almeno nel futuro prossimo, i computer quantistici dovranno collaborare con quelli classici per ottenere i risultati migliori.

Il software come componente fondamentale

Quando si parla di computer quantistici, ci si concentra per lo più sull'hardware. Il software è, però, una componente altrettanto importante nel raggiungere gli obiettivi di sviluppo di questo campo nascente. IBM ha presentato diverse novità che riguardano proprio il software e la sua capacità di migliorare i risultati ottenuti con i computer quantistici.

La prima di queste è la possibilità di effettuare la correzione degli errori in via probabilistica: i calcoli vengono eseguiti più volte e viene effettuata un'analisi dei risultati per ottenerne uno che sia (probabilmente) più vicino a quanto desiderato. C'è però un prezzo da pagare, ed è uno di tempo: l'esecuzione multipla dei calcoli fa sì che sia necessario più tempo rispetto a quella singola.

Vengono poi introdotti i circuiti dinamici, ovvero la possibilità di misurare un qubit e usare tale misurazione più avanti nei calcoli per influenzare il risultato finale. Ciò consente di semplificare molte operazioni, come ad esempio quelle richieste per il cosiddetto circuit knitting.

IBM si è concentrata anche sul rendere più semplice sviluppare programmi per i computer quantistici e, in particolare, sull'interazione con quelli classici. L'azienda mette infatti a disposizione delle API che consentono di sfruttare le risorse nei vari cloud pubblici (AWS, Azure, IBM) con delle semplici chiamate per effettuare il circuit knitting, senza dunque la necessità di complesse implementazioni da parte degli sviluppatori.

Abbiamo chiesto a Jay Gambetta quanto sarà importante il ruolo del software nello sviluppo dei computer quantistici. Ci ha detto che "il software è fondamentale. È un elemento che fa una differenza enorme. La maggior parte dei nostri annunci [di nuovi risultati] è il frutto della combinazione del software con l'hardware migliore che abbiamo a disposizione. Che si tratti di ridurre gli errori o di migliorare le prestazioni con il circuit knitting con gli strumenti di cui abbiamo parlato, si parla di software."

Crittografia "quantum safe": annunciata collaborazione con Vodafone

Avevamo parlato del ruolo di IBM nella definizione dei nuovi standard crittografici quantum safe, e ora l'azienda ha annunciato che collaborerà con Vodafone per capire come implementare la crittografia post-quantistica sulle reti, e più in generale all'interno delle infrastrutture tecnologiche, dell'operatore.