Quantinuum batte il risultato di Google del 2019... di circa 100 volte

Il mondo dei computer quantistici è in continuo fermento, con sviluppi costanti che mostrano quanto l'attività in questo campo sia fervente. Uno degli obiettivi che ricercatori e aziende cercano di raggiungere è dimostrare il cosiddetto "vantaggio quantistico", ovvero dimostrare come i computer quantistici siano più veloci di quelli classici nell'eseguire alcuni calcoli. Quantinuum, nata dall'unione della divisione computer quantistici di Honeywell e di Cambridge Quantum, ha annunciato di aver battuto il famoso risultato ottenuto da Google nel 2019, grazie al quale l'azienda aveva comunicato di aver raggiunto il vantaggio quantistico.

Quantinuum aggiorna System H2 a 56 qubit

Prima di spiegare qual è il risultato ottenuto da Quantinuum, è necessario fare un passo indietro. L'azienda usa computer quantistici basati sulle trappole ioniche: si tratta di dispositivi non nuovi, in quanto in uso da decenni per realizzare gli orologi atomici, ma particolarmente utili perché consentono di intrappolare ioni (ovvero atomi a cui sono stati rimossi gli elettroni) e controllarli usando dei laser, all'interno di camere in cui vengono create condizioni di vuoto estremo. Il vantaggio di questo approccio sta nel fatto che gli ioni sono molto stabili e hanno un tasso d'errore basso.

Quantinuum aveva annunciato Model H2, il suo terzo computer quantistico, a maggio 2023; il dispositivo era progettato per ospitare fino a 50 qubit, ma era debuttato con solo 32. Grazie a miglioramenti nei sistemi di controllo, l'azienda è riuscita a portare ora il computer ad avere 56 qubit.

Proprio il raggiungimento di tale numero ha portato l'azienda a decidere di dismettere il suo simulatore che consentiva di emulare i suoi computer quantistici su computer classici: come scrive infatti nel comunicato, "una simulazione matematica esatta del nostro processore H2-1 è ora impossibile, poiché occuperebbe tutta la memoria dei migliori supercomputer al mondo."

Un ulteriore aspetto da segnalare è che i qubit di Quantinuum sono tutti interconnessi tra di loro. Per capire cosa ciò significhi, possiamo fare un parallelo con i core dei processori classici: in CPU con moltissimi core, come ad esempio i modelli di fascia più alta della linea AMD EPYC, la distanza fra due core può essere significativa; ciò significa che spostare un processo da un core a un altro può essere molto costoso in termini di tempo e di cicli di calcolo sprecati, e dunque in termini di prestazioni. È per questo motivo che è possibile specificare l'affinità a uno o più core, così che un processo non venga spostato costantemente con un calo prestazionale che può essere significativo.

Se nel caso dei computer tradizionali c'è un calo di prestazioni, nel caso dei qubit (che possono essere, per certi versi, assimilati ai core classici perché effettuano le operazioni) semplicemente non è possibile spostare i dati da un qubit a un altro se questi non sono connessi. Avere, dunque, la possibilità di spostare liberamente i dati tra i qubit offre una flessibilità significativa. I processori a superconduzione, come quelli usati per esempio da Google e IBM, sono più limitati da questo punto di vista perché connettono solo alcuni qubit tra di loro, mentre quello di Quantinuum mantiene l'interconnessione completa anche con questa espansione a 56 qubit.

Battuto il record di Google del 2019

Sono passati ormai quasi cinque anni dall'annuncio di Google del raggiungimento di quella che allora era ancora chiamata "supremazia quantistica", ma quell'annuncio (e il test su cui si basava) rimane in qualche modo ancora in primo piano. Nonostante poco dopo IBM l'avesse smontato: Google affermava che il migliore supercomputer dell'epoca, Summit, avrebbe impiegato 10.000 anni per effettuare i calcoli, mentre IBM stimò che servivano soltanto 2,5 giorni. Un risultato comunque nettamente superiore rispetto ai 200 secondi richiesti dalla macchina quantistica di Google, ma non in maniera così spettacolare.

Il test usato da Google è noto come "cross-entropy benchmark", ovvero "benchmark di entropia incrociata", e prevede che il computer quantistico esegua dei calcoli casuali molteplici volte. I risultati vengono poi usati da un computer classico, che non ha errori, per verificare quanto il dispositivo quantistico si avvicini a un ideale senza errori. Tale procedura cresce esponenzialmente e diventa dunque estremamente difficile da calcolare al crescere dei qubit usati.

Quantinuum ha effettuato i calcoli del benchmark con il suo Model H2 ottenendo un risultato 100 volte migliore rispetto al computer di Google. Il benchmark dà infatti un risultato compreso tra 0 (il risultato è completamente casuale e quindi il computer quantistico non è affidabile) e 1 (il computer è affidabile); Google aveva ottenuto un punteggio di 0,002, mentre Quantinuum è riuscita ad arrivare a circa 0,35. Si tratta di un risultato significativo perché mostra l'avanzamento netto del settore negli ultimi cinque anni.

Quantinuum riconosce che il tempo impiegato dal suo computer è effettivamente comparabile a quello necessario ai supercomputer classici. La differenza, però, sta nel consumo di energia, che è di circa 30.000 volte inferiore nel caso della macchina quantistica.

Per la dimostrazione del vantaggio quantistico, dunque, servirà ancora tempo; per ora, il computer di Quantinuum ha dimostrato di poter calcolare un benchmark usando meno energia di un supercomputer: non un risultato fondamentale, se messo in questi termini, ma comunque una dimostrazione che il settore sta avanzando e che gli sforzi verso lo sviluppo di dispositivi più affidabili stanno portando risultati concreti. Che porteranno, poi, a risultati davvero concreti, ovvero quel famoso sviluppo della chimica, della fisica, della farmaceutica e di molti altri campi che si spera arriverà con i computer quantistici in grado di correggere gli errori.