Il computer quantistico di Google non ha raggiunto la supremazia quantistica, alla fine

Un gruppo di ricerca è riuscito a dimostrare come l'affermazione di Google che il suo computer quantistico, Sycamore, abbia raggiunto la cosiddetta "supremazia quantistica" sia, in realtà, falsa. Lo studio, pubblicato su arXiv, svela infatti come usando un algoritmo differente rispetto a quello impiegato da Google nella sua dimostrazione sia possibile ottenere addirittura prestazioni teoricamente superiori a quelle di Sycamore con un supercomputer tradizionale.

Sycamore non ha raggiunto la supremazia quantistica

Quando Google dichiarò, nel 2019, di aver raggiunto la supremazia quantistica, c'erano già forti dubbi: IBM aveva affermato che per svolgere lo stesso calcolo con un supercompuer tradizionale non sarebbero serviti 10.000 anni come affermato dalla concorrente, ma due giorni e mezzo. Sembra che Big Blue avesse ragione, come dimostra un nuovo studio pubblicato da Feng Pan, Keyang Chen e Pan Zhang.

I tre ricercatori hanno infatti simulato il comportamento di Sycamore su un cluster di 512 GPU NVIDIA Tesla V100, ottenendo il risultato voluto in appena 15 ore. "Se il nostro algoritmo fosse implementato con un'alta efficienza su un supercomputer moderno con prestazioni exaFLOPS, stimiamo che idealmente la simulazione costerebbe alcune dozzine di secondi, che è più rapida di quella sull'hardware quantistico di Google", scrivono i ricercatori.

Il problema che Google ha usato per dimostrare la supposta supremazia di Sycamore è quello della generazione di numeri casuali: sfruttando le caratteristiche intrinseche dei computer quantistici è infatti possibile generare numeri che sono più casuali rispetto a quelli normalmente generati con i computer tradizionali. L'atto di misurare lo stato dei qubit cambia infatti quest'ultimo e questo fatto può essere sfruttato per aggiungere casualità ai bit misurati.

Con un numero sufficiente di misurazioni, però, emergono dei pattern nei numeri generati che rendono possibile la ricreazione dello stesso meccanismo sui computer tradizionali, emulando e simulando il comportamento quantistico dei qubit. Il problema è che i computer tradizionali sono molto più lenti di quelli quantistici a effettuare questa simulazione, cosicché per effettuare gli stessi calcoli è necessaria una grande potenza di calcolo e molto tempo. Google affermava che servivano 10.000 anni, IBM che servivano 2,5 giorni, ma il nocciolo della questione rimaneva invariato: con Sycamore servivano pochi minuti. Certo, la differenza tra due giorni e mezzo e 10.000 anni è significativa, ma c'è comunque una certa differenza tra giorni e minuti.

Il nuovo studio afferma, invece, che sia possibile usare un metodo matematico differente rispetto a quello usato da Google e arrivare a un risultato molto simile a quello ottenuto con Sycamore, pur eseguendo l'algoritmo su un computer tradizionale.

È infatti possibile ridurre la fedeltà con cui viene riprodotto il comportamento di Sycamore, ottenendo comunque lo stesso risultato e abbassando drasticamente i tempi necessari per il calcolo. Per effettuare la simulazione del comportamento quantistico è necessario considerare tutte le possibili alternative, fatto che richiede una potenza di calcolo significativa. 

I ricercatori hanno scoperto che usando una rete tridimensionale di tensori, ciascuno dei quali che indica la relazione tra le proprietà dei qubit, è possibile semplificare i calcoli rimuovendo alcune connessioni della rete. In questo modo si riduce la fedeltà, ma è anche quindi possibile controllarla per ottenere un equilibrio tra la fedeltà e la velocità di calcolo. La scelta di quali connessioni eliminare ricade sull'emulazione delle connessioni presenti fisicamente nel chip di Sycamore. Il risultato è che è possibile ottenere un modello significativamente più semplice, ma con l'accuratezza desiderata.

I problemi nella comunicazione dei computer quantistici

Il problema che emerge è, dunque, a più sfaccettature. Da un lato c'è l'aspetto della scelta del calcolo da eseguire: Google ha, di fatto, scelto come benchmark l'esecuzione di una simulazione di uno stato quantistico che non ha particolare valore in sé, almeno per come è stata definita (ma può averlo nel contesto più ampio di simulare il comportamento di molecole e particelle), ed è un problema che è notoriamente complesso da affrontare per i computer tradizionali. Dall'altro lato c'è il fatto che Google ha considerato uno specifico approccio al problema, senza invece tenere in conto altri metodi più efficienti per affrontare la questione.

Da ultimo c'è la questione della praticità. Al momento i computer quantistici sono infatti poco più che dimostratori tecnologici. Le applicazioni pratiche sono pressoché inesistenti e questo è il motivo per cui aziende come Google e IBM insistono spesso sulle prestazioni in calcoli estremamente specifici per dimostrare la supremazia dei computer quantistici.

Proprio a proposito di supremazia, da qualche tempo i toni del discorso sono cambiati e si parla sempre meno di "supremazia quantistica" e sempre più di "vantaggio quantistico": i computer quantistici sono visti sempre più come oggetti che esprimono prestazioni nettamente superiori a quelle dei computer tradizionali in alcuni calcoli di tipi specifici, ma non adatti a rimpiazzare interamente i dispositivi classici dato che, di contro, si rivelano peggiori o al più simili in altri tipi di calcoli. I computer quantistici avranno a un certo punto in futuro un vantaggio che non sarà colmabile dall'ottimizzazione algoritmica, ma tale momento è, in realtà, ancora nel futuro.

Quando i computer quantistici diventeranno dispositivi utili ai fini del raggiungimento di risultati pratici avrà maggiormente senso parlare di questi temi in maniera seria. Fino ad allora, in fin dei conti, parliamo di marketing necessario (giustamente) per giustificare gli ingenti investimenti di cui questa nuova tecnologia necessita per svilupparsi.