Qiantinuum annuncia Helios, "il computer quantistico più potente al mondo"

Lo sviluppo dei computer quantistici procede a passo speditissimo, in particolare nell'ambito della correzione degli errori. Quantinuum ha annunciato il lancio del suo nuovo computer, chiamato Helios, che l'azienda afferma essere "il più potente computer quantistico al mondo". Grazie a una nuova trappola ionica, il dispositivo è in grado di offrire prestazioni senza precedenti e ha dimostrato la possibilità di ottenere qubit logici con un overhead minimo.

Quantinuum Helios, il computer quantistico più accurato

Il nuovo Quantinuum Helios è un computer quantistico che funziona tramite trappole di ioni, che usano campi magnetici per intrappolare ioni e controllarli tramite laser. Una novità importante è che, contrariamente ai precedenti modelli System H1 e System H2, Helios usa ioni di bario anziché d'itterbio. La novità è importante perché consente di usare laser di luce visibile invece che di ultravioletti, che di conseguenza sono più facili da gestire, hanno un minore impatto sul resto dei componenti, e sono più economici da produrre.

Il nuovo computer è quello col maggior numero di qubit mai realizzato da Quantinuum: ne ha 98, controllati e spostati individualmente all'interno della trappola. Proprio il nuovo progetto di tale trappola è alla base delle prestazioni elevate di Helios: si tratta infatti di un anello da cui si diramano due canali paralleli; l'anello funge da deposito degli ioni, che hanno dunque un luogo isolato rispetto a dove vengono effettuati i calcoli per essere preparati alle operazioni logiche.

L'azienda afferma che questo progetto consente di ottenere un'architettura per certi versi simile a quella dei computer classici: l'anello è equivalente all'hard disk, la zona immediatamente successiva all'incrocio tra i due canali è la cache, a cui segue la parte dove vengono effettuati i calcoli (la CPU). Il resto è una zona "morta" in cui i qubit vengono spostati in attesa del calcolo successivo.

Grazie a questo nuovo approccio, Quantinuum ha annunciato Helios con numeri significativi a supporto: l'azienda ha infatti pubblicato uno studio in cui dimostra la potenza della nuova macchina, in grado di ottenere una fedeltà delle porte logiche sul singolo qubit del 99,975% e su due qubit del 99,921% su qualunque coppia di qubit, un risultato che proietta il nuovo computer in prima posizione per quanto riguarda la fedeltà (ovvero l'assenza di errori nei calcoli).

Verso il vantaggio quantistico e oltre

Quantinuum afferma che la nuova trappola ionica ha consentito a Helios di raggiungere risultati senza precedenti nei calcoli. Ci sono due aspetti: il primo è quello del raggiungimento del cosiddetto "vantaggio quantistico", il secondo è invece il paragone con i computer classici.

Il vantaggio quantistico annunciato da Quantinuum sarebbe stato raggiunto nell'effettuare simulazioni della superconduttività ad alta temperatura e del magnetismo quantistico, che non sarebbero possibili con un computer classico e che l'azienda tiene a sottolineare che sono calcoli con applicazioni pratiche.

Secondo l'azienda, per ottenere risultati paragonabili a quelli di Helios con un computer classico nello stesso tempo sarebbe necessario usare più energia di quella prodotta da tutte le stelle nell'Universo visibile. Di contro, Helios richiede l'alimentazione di un normale rack da data center.

Questi risultati sono resi possibili anche grazie al software, che vede anch'esso importanti novità: Quantinuum ha infatti annunciato Guppy (nome di un pesce sudamericano noto per la sua adattabilità), un linguaggio di programmazione basato su Python che consente di astrarre alcune delle complessità della programmazione di computer quantistici per renderla più simile a quella delle controparti classiche. Grazie a ciò, e grazie alla collaborazione con NVIDIA su progetti come NVQLink, è ora possibile scrivere programmi che mettono insieme gli elaboratori quantistici e le GPU.

L'insieme di hardware e software ha portato a raggiungere un altro primato: quello dei qubit logici. Quantinuum ha infatti annunciato di essere riuscita a creare 48 qubit logici con correzione degli errori a partire dai 98 qubit fisici, mantenendo un livello di errore estremamente basso (99,99% di fedeltà). Si tratta di un risultato significativo di per sé, perché vengono usati appena due qubit fisici per creare un qubit logico libero da errori; si tratta del rapporto più basso mai presentato finora, di almeno un ordine di grandezza più piccolo rispetto a quanto ottenuto con altre tecnologie.

Quantinuum ha altresì annunciato di aver creato lo stato GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger, dal nome dei tre fisici che l'hanno scoperto; Zeilinger per questo ha vinto il Nobel per la fisica nel 2022) su 94 qubit. Ciò significa che l'azienda è riuscita a effettuare l'entanglement di 94 qubit, ottenendo allo stesso tempo prestazioni migliorate rispetto all'uso dei soli qubit fisici.

Quantinuum Helios è già disponibile all'interno del cloud di Quantinuum e sarà disponibile anche per l'installazione nella sede dei clienti. I risultati ottenuti dall'azienda appaiono molto promettenti e mostrano come l'era dei computer quantistici in grado di effettuare calcoli utili si stia avvicinando a passi da gigante: non sorprenderebbe affatto se l'anno prossimo venissero annunciate le prime scoperte rilevanti effettuate tramite un computer quantistico, per quanto forse questa sia una previsione ottimistica. In ogni caso, una cosa è certa: il momento in cui avremo elaboratori quantistici con applicazioni pratiche è più vicino di quanto pensassimo.