Il primo supercomputer quantistico tra meno di dieci anni è la scommessa di Microsoft

Supercomputer quantistici resistenti agli errori fra meno di dieci anni, in grado di effettuare calcoli a oggi impossibili con qualunque supercomputer classico. Questa è la visione di Microsoft, che ritiene che il suo approccio ai computer quantistici topologici basato sui fermioni di Majorana, quasiparticelle la cui esistenza è stata dimostrata proprio da Microsoft in uno studio storico, le permetterà di arrivare a questo ambito traguardo in tempi eccezionalmente brevi.

Supercomputer quantistici tra meno di dieci anni: la visione di Microsoft

Sebbene già ora abbiamo a disposizione computer quantistici con un buon numero di Qubit (IBM ha presentato lo scorso anno Osprey, con 433 qubit), il problema è quello del rumore: gli attuali sistemi quantistici sono soggetti a interferenze che fanno sì che ci siano molti errori nei calcoli. Il vero “vantaggio quantistico”, ovvero la capacità dei sistemi quantistici di surclassare quelli tradizionali in alcuni specifici campi come le simulazioni dei materiali, arriverà solo quando avremo a disposizione computer in grado di correggere gli errori.

Microsoft sta scommettendo da tempo sui fermioni di Majorana, quasiparticelle la cui esistenza è stata dimostrata proprio dall’azienda di Redmond lo scorso anno, quando ha annunciato di aver confermato l’esistenza dei qualunquoni non-abeliani. L’azienda era stata costretta a ritirare uno studio precedente sul tema.

L’intento di Microsoft è quello di usare i fermioni di Majorana per costruire un computer quantistico topologico, ovvero un dispositivo in cui le informazioni stanno nella topologia dei qubit anziché nei qubit stessi. L’esempio che si può fare è quello di due corde: se si codifica l’informazione nella posizione delle corde su un foglio, qualunque spostamento fa perdere l’informazione; se, invece, si codifica l’informazione in nodi posti lungo le corde stesse, anche spostandole non si ha una perdita delle informazioni. Questo approccio, dunque, consentirebbe di ottenere qubit intrinsecamente resistenti agli errori e in grado di offrire prestazioni sensibilmente superiori alle alternative.

Secondo quanto dichiarato a TechCrunch da Krysta Svore, vice president of advanced quantum development, ci vorranno meno di dieci anni per costruire un supercomputer quantistico in grado di eseguire un milione di operazioni al secondo senza errori usando questi qubit.

“Oggi siamo a un livello fondamentale di implementazione. Abbiamo macchine quantistiche rumorose di scala intermedia. Sono costruite su qubit fisici e non sono abbastanza affidabili da poterci fare qualcosa di pratico e vantaggioso, in termini di qualcosa di utile per la scienza o l’industria commerciale. Il prossimo livello a cui dobbiamo arrivare come settore è quello della resilienza. Dobbiamo arrivare non solo a operare con i qubit fisici, ma dobbiamo prenderli e metterli in un codice di correzione degli errori e usarli come un’unità che funga da qubit logico”, afferma Svore, secondo la quale la soglia per parlare di un computer quantistico utile è di un milione di operazioni al secondo con un tasso di errore di un’operazione ogni 1.000 miliardi (ovvero ogni 11 giorni e mezzo circa di calcoli ininterrotti).

Grande rischio, grandi risultati?

Si tratta di un obiettivo estremamente ambizioso, in particolare se si considera che Microsoft non ha, a oggi, un computer quantistico funzionante come quelli di IBM, Google o Quantinuum (con quest’ultima che ha annunciato il proprio impegno nello sviluppo dei qubit topologici). L’azienda sta tuttavia sviluppando nel frattempo tutto ciò che ruota attorno ai computer quantistici: le tecnologie di riduzione del rumore, i sistemi di controllo e il software.

Svore afferma che i primi qubit avranno dimensioni di circa 10 nm, che già oggi non sono più all’avanguardia quando si parla di transistor in silicio; dall’altro lato, però, non si può non notare che l’ambito quantistico funziona diversamente e che la dimensione non è necessariamente collegata alle prestazioni.

Microsoft è, di fatto, già in fase di rincorsa: dovrà infatti percorrere lo stesso sentiero degli altri concorrenti, sviluppando i propri qubit e le diverse iterazioni dell’hardware. Se c’è una cosa che abbiamo imparato dal mondo dei computer classici è che c’è una netta, schiacciante differenza tra la teoria e la pratica, e che spesso ciò che dovrebbe funzionare in teoria poi non funziona (basti guardare il passaggio al processo produttivo a 10 nm di Intel, che sarebbe dovuto avvenire nel 2017 ed è invece avvenuto nel tardo 2020!).

Di certo Microsoft è però riuscita a comporre una squadra di talenti eccezionali e ha a disposizione fondi ben al di là della portata di aziende concorrenti come IonQ o Quantinuum. Se le capacità notevoli sono un tratto comune alle squadre di ricerca di tutte le aziende impegnate nella costruzione di computer quantistici, sono ben poche però quelle dotate della stessa potenza economica di Microsoft e proprio questo potrebbe fare una differenza significativa nello sviluppo del suo computer quantistico.

Resterà da vedere quanto, e in che tempi, Microsoft riuscirà a realizzare la sua visione dei computer quantistici. Un decennio è, in fondo, un lasso di tempo piuttosto ridotto per passare dalla conferma iniziale di un fenomeno fisico al suo impiego su vasta scala all’interno di un computer.