Il computer quantistico di Google sarebbe 13.000 volte più veloce di un supercomputer. Gli esperti sono scettici

Cosa vuol dire "vantaggio quantistico"? Significa che un computer quantistico è in grado di effettuare un calcolo più velocemente di qualunque computer classico. È il Sacro Graal del calcolo quantistico e il risultato a cui tutti i produttori di elaboratori quantistici ambiscono: dimostrare che i loro dispositivi sono in effetti in grado di mantenere le promesse e di offrire prestazioni inarrivabili anche al più potente dei supercompuer. Google ha annunciato proprio di aver raggiunto tale ambitissimo risultato con una nuova tecnica, chiamata "eco quantistica", e con il processore Willow che ha annunciato lo scorso anno.

Google annuncia l'algoritmo degli echi quantistici

Google ha annunciato la pubblicazione di uno studio su Nature in cui parla di una nuova tecnica che ha sviluppato, chiamata "Out-of-Time-Order Correlation" (OTOC in breve, ovvero "correlazione fuori dall'ordine temporale"), che consente di ricostruire l'evoluzione delle interazioni quantistiche in sistemi complessi. In altri termini: in un sistema complesso, come ad esempio una molecola organica, avvengono interazioni quantistiche tra atomi e particelle subatomiche; tali interazioni portano a loro volta ad altre interazioni e, seguendo a ritroso la catena, è possibile ottenere un'immagine di ciò che succede.

Google parla di "echi quantistici" e li assimila al funzionamento di un sonar, il quale emette un impulso acustico sott'acqua e ascolta poi il riverbero e ciò che torna indietro per costruire un'immagine più o meno precisa di quanto è presente. La tecnica che i ricercatori dell'azienda hanno sviluppato funzionerebbe in maniera simile: i qubit vengono configurati in maniera tale da riprodurre gli spin dei nuclei in una molecola; un segnale viene inviato a un qubit e si osservano poi i cambiamenti e le perturbazioni del sistema che ne conseguono. Questa tecnica consentirebbe di ricostruire le interazioni all'interno di una molecola e la sua stessa struttura in maniera più precisa rispetto a quanto possibile con altre tecniche tradizionali come la risonanza magnetica nucleare.

Il suo computer quantistico, Willow, sarebbe in grado di eseguire questi calcoli 13.000 volte più velocemente di Frontier, il più potente supercomputer classico attualmente disponibile. Non solo: l'azienda parla anche di "verificabilità quantistica", ovvero della possibilità di ripetere lo stesso esperimento anche su un altro computer quantistico diverso da Willow (ma con caratteristiche comparabili) per ottenere lo stesso risultato.

Secondo Google, il nuovo algoritmo consentirebbe di ottenere una precisione superiore anche a quella offerta dalla risonanza magnetica nucleare e aprirebbe dunque le porte a una grande varietà di nuovi esperimenti e di nuove possibilità per diversi campi, tra cui la scienza dei materiali e la farmacologia, grazie alla possibilità di studiare con maggiore dettaglio le molecole.

C'è il vantaggio quantistico, anzi no. Tra annunci e smentite

Curiosamente, nell'annuncio Google fa di nuovo riferimento al suo contestatissimo risultato del 2019, quando aveva proclamato di aver svolto in pochi minuti un calcolo che richiedeva migliaia di anni da parte di un supercomputer classico. IBM, che aveva prodotto Summit, il più potente supercomputer dell'epoca, aveva in realtà affermato che sarebbero stati necessari solo pochi giorni, e ricerche successive avevano abbassato l'asticella a poche ore. Sorprende dunque vedere ancora un riferimento a tale risultato, che è stato ampiamente smentito e considerato nullo. Risulta ancora più curioso che, nell'annunciare Willow lo scorso anno, Google avesse incluso un grafico (che vedete qui sopra) che mostrava quanto tempo sarebbe stato richiesto a un supercomputer per eseguire gli stessi calcoli di una controparte quantistica; tale grafico indicava che un supercomputer classico era in grado di effettuare calcoli equivalenti a Sycamore in un tempo inferiore a 5 minuti.

Proseguendo su questa china, un ulteriore aspetto interessante è la differenza di tono tra l'annuncio e lo studio. L'annuncio riporta, in uno dei sottotitoli, "un vantaggio quantistico verificabile" come di un fatto acclarato e certo; lo studio, invece, appare molto più cauto, e scrive che "questi risultati, combinati con la capacità dell'OTOC di rivelare dettagli utili delle dinamiche quantistiche, come mostrato tramite un esempio di apprendimento dell'hamiltoniana, indica un percorso fattibile verso il vantaggio quantistico nella pratica." Anche altri esperti, intervistati da Nature, sono cauti se non scettici, in particolare riguardo il fatto che non è chiaro quanto il vantaggio mostrato da Willow resisterà al miglioramento degli algoritmi classici.

In ogni caso, il nuovo studio appare interessante e promettente, in particolare perché sembra avvicinare il momento in cui si potranno effettivamente condurre simulazioni di molecole complesse e delle interazioni fra loro. Bisogna però sempre considerare che anche i metodi classici stanno migliorando sensibilmente e che questo annuncio potrebbe ritorcersi contro Google come il precedente del 2019: il vantaggio mostrato ora da Willow potrebbe ridursi sensibilmente o addirittura annullarsi. Il miglioramento degli algoritmi sarà comunque fondamentale per arrivare all'agognato vantaggio quantistico: l'hardware da solo non sarà sufficiente. Ed è tramite passaggi come questo che si costruiranno gli algoritmi necessari a effettuare i calcoli interessanti, quando l'hardware sarà in grado di effettuarli.