Microsoft annuncia Gooseberry: un chip per controllare meglio i computer quantistici di domani

Microsoft ha annunciato nuovi progressi nel suo percorso di ricerca nell'ambito dei computer quantistici. L'azienda ha infatti collaborato con l'Università di Sydney per sviluppare due nuovi chip: Gooseberry (uva spina), pensato per controllare i segnali per controllare i qubit (abbreviazione di quantum bit, "bit quantistici"), e un "core per la crio-elaborazione", ovvero un processore molto semplice pensato per operare entro i limiti termici estremamente stringenti presenti all'interno dei computer quantistici.

Microsoft Gooseberry: uno sguardo ai computer quantistici di domani

In un annuncio piuttosto ricco di dettagli, Microsoft ha spiegato il percorso che ha seguito nell'approcciarsi ai principali problemi presenti attualmente nei computer quantistici. Il primo e più importante è quello del controllo: come si inviano comandi a e si ricevono i risultati da un computer quantistico? La risposta è meno scontata di quanto possa apparire e non solo per via del fatto che bisogna agire a livello subatomico.

Attualmente, infatti, la maggior parte dei computer quantistici è composta da un frigorifero all'interno del quale è posto il processore quantistico (il contenitore con i cavi e i tubi che si vede tipicamente nelle immagini che ritraggono i computer quantistici) e da una quantità significativa di cavi che collegano il processore ai macchinari di controllo esterni. Tali cavi sono decine o centinaia e costituiscono una sfida ingegneristica significativa perché producono parecchio calore e occupano molto spazio.

Proprio il calore è infatti il principale avversario nello sviluppo dei computer quantistici: per poter utilizzare le proprietà interessanti dei qubit come la sovrapposizione o l'entanglement è necessario portare gli atomi a temperature prossime allo zero assoluto (circa -273,15 °C), dunque qualunque attività o elemento che innalzi la temperatura è causa di interferenze e problemi che possono portare anche alla perdita di coerenza, ovvero alla perdita delle proprietà interessanti dei qubit. Contenere il calore prodotto e mantenere la temperatura quanto più possibile vicino allo zero assoluto è dunque fondamentale.

Per ottenere ciò si utilizza l'elio liquido, il cui punto di fusione è sì di appena 0,95 °K, ma a pressioni molto elevate, tali per cui l'elemento rimane liquido fino allo zero assoluto (o, per essere più precisi, con valori di temperatura che tendono allo zero assoluto). La capacità dei frigoriferi di mantenere l'elio in temperatura è però limitata e da qui nasce l'esigenza di mantenere al minimo il calore prodotto.

È a questo punto che entra in gioco Gooseberry. L'approccio di Microsoft è quello di semplificare questo sistema portando il controllore della tensione che controlla i qubit all'interno del computer quantistico, vicino a dove stanno effettivamente i qubit. Ciò porta al problema di dover raffreddare tale elemento, ma semplifica notevolmente pressoché ogni altro aspetto. Gooseberry ha consumi sufficientemente contenuti per mantenere la temperatura stabile e all'interno dei parametri di tolleranza, stabiliti a 100 mK.

L'aspetto interessante di Gooseberry sta nel fatto che è un chip misto digitale-analogico che permette di controllare efficacemente il processore quantistico minimizzando i cavi in ingresso e uscita dal frigorifero, aprendo dunque alla possibilità di controllare migliaia di qubit senza l'ostacolo di dover creare cavi di qualità sufficiente da trasportare un segnale analogico ad alta fedeltà dentro e fuori dal computer quantistico e di dimensioni tali da poterne gestire migliaia.

Le celle CLFG controllano la tensione da inviare ai qubit

Il "core per la crio-elaborazione", invece, è un derivato della ricerca su Gooseberry che dimostra come sia possibile creare processori digitali general purpose per effettuare calcoli a temperature prossime allo zero assoluto. Ciò si rivela particolarmente interessante se si pensa a un computer quantistico che ha bisogno di un'interfaccia digitale più semplice con il mondo esterno, con la quale gli sviluppatori possano dialogare con maggiore semplicità e usando strumenti di sviluppo già noti. L'altro aspetto interessante è quello della presenza di logica "avanzata" direttamente sul chip quantistico, che porta dunque a poter effettuare potenzialmente operazioni come la branch prediction senza dover ricorrere a computer classici esterni.

Microsoft afferma di stare guardando agli sviluppi sul lungo periodo e Gooseberry sembra confermare questo approccio, dato che è pensato per gestire computer quantistici che non esistono ancora. L'azienda ha pubblicato le sue scoperte su Nature.

Gooseberry è dunque un passo in avanti significativo verso lo sviluppo di computer quantistici con migliaia di qubit, sebbene servirà ancora diverso tempo prima che si arrivi a tali dimensioni. Tuttavia, quello che affermava una vecchia pubblicità ("la potenza è nulla senza controllo") è particolarmente vero in questo contesto ed è meglio arrivare al momento in cui i computer quantistici avranno migliaia di qubit preparati.