Un passo in avanti verso i computer quantistici di domani: IonQ pubblica studio su come ottenere i qubit logici

IonQ e l'Università del Maryland hanno annunciato di aver elaborato un metodo per ottenere dei qubit in grado di correggere automaticamente gli errori che emergono normalmente durante il funzionamento di un computer quantistico, ottenendo un'efficienza superiore rispetto a quella raggiunta da altri gruppi di ricerca. Si tratta di un'evoluzione importante perché avvicina lo sviluppo di computer quantistici su scala più ampia, in grado di risolvere problemi di dimensioni maggiori.

IonQ dimostra il suo qubit logico fatto di soli 9 qubit fisici

I qubit sono un mezzo molto potente per effettuare calcoli poiché possono assumere valori pari a 0, 1, o 0 e 1 allo stesso tempo, fatto che dona loro una flessibilità inimmaginabile con i computer tradizionali. Il problema dei qubit è però la loro instabilità, anche nel caso di computer quantistici basati sull'uso di trappole ioniche come quelli di IonQ (che ha recentemente annunciato i suoi nuovi chip a base di vetro evaporato, uno dei quali è raffigurato nell'immagine qui sopra). L'interazione con l'ambiente circostante porta alla perdita delle proprietà quantistiche, il che porta a errori nei calcoli. Ne abbiamo parlato più diffusamente nel nostro articolo "Quantum computing: cos'è, a cosa serve e come funziona".

Riuscire dunque ad avere un computer quantistico in grado di rilevare questi errori e di correggerli automaticamente è una delle più grandi sfide nello sviluppo dei computer quantistici del futuro: questi problemi diventano infatti molto più significativi al crescere del numero di qubit in un processore, pertanto avere a disposizione la correzione degli errori è uno dei prerequisiti per lo sviluppo di computer quantistici di grandi dimensioni: se non ci fosse tale correzione, dispositivi con un numero elevato di qubit (nell'ordine delle migliaia) sarebbe impossibile, perché il rumore (ovvero il tasso di errori) sarebbe semplicemente troppo elevato per poter svolgere calcoli in modo affidabile ed efficiente.

I ricercatori dell'Università del Maryland e di IonQ hanno realizzato uno studio, pubblicato su Nature e già sottoposto al processo di revisione, in cui dimostrano come sia possibile creare un cosiddetto qubit logico resistente agli errori con l'hardware odierno. Un qubit logico è un qubit che integra la correzione degli errori succitata e non corrisponde necessariamente a un qubit fisico; al contrario, finora i qubit logici sono sempre stati visti come un insieme di qubit fisici. Nel caso dello studio in oggetto, i ricercatori sono stati in grado di creare un qubit logico con soli 9 qubit fisici. Si tratta di un passo avanti notevole rispetto a precedenti tentativi: ad esempio, IBM indicava come obiettivo realistico un numero di qubit fisici pari a 13.

"Il punto è di ridurre significativamente l'overhead nella potenza di calcolo che è tipicamente richiesto per la correzione degli errori nei computer quantistici", afferma Peter Chapman, presidente e CEO di IonQ. "Se un computer passa tutto il suo tempo e spende tutte le sue energie a correggere gli errori, non è un computer utile. Quello che dimostra questo studio è che l'approccio a ioni intrappolati usato nei sistemi di IonQ può superare gli altri verso la tolleranza agli errori prendendo parti piccole e inaffidabili per trasformarle in un unico dispositivo molto affidabile. I concorrenti necessiteranno probabilmente di un numero di qubit che è di ordini di grandezza superiore per ottenere simili risultati nella correzione degli errori."

Questo sviluppo non avrà ripercussioni immediate, ma apre la strada a ulteriori innovazioni e perfezionamenti più avanti nel tempo e ci avvicina un po' di più all'obiettivo di ottenere un computer quantistico utilizzabile per applicazioni pratiche come lo studio di nuovi farmaci o di fenomeni fisici.