Una nuova architettura per i computer quantistici da Fujitsu e l'Università di Osaka

Uno degli aspetti forse più interessanti ed entusiasmanti dei computer quantistici è il fatto che sono ancora in fieri e che ci siano scoperte fondamentali e rivoluzionarie a cadenza costante. Fujitsu e l'Università di Osaka hanno annunciato recentemente quella che pare essere proprio una di tali scoperte: usando un nuovo metodo, sarebbe possibile ridurre notevolmente il numero di qubit necessari per arrivare a un computer quantistico in grado di tollerare gli errori, passando da 1 milione di qubit ad appena 10.000 qubit. Ciò avvicinerebbe significativamente il momento in cui i computer quantistici arriveranno ad avere potenza di calcolo sufficiente da risolvere problemi reali di vasta portata.

Una nuova architettura per i computer quantistici

La maggior parte dei computer quantistici oggi in uso si basa sul modello a porte logiche. Così come i computer classici (incluso il dispositivo con cui state leggendo questo testo) si basano sulla creazione di porte logiche come AND, OR e NOT usando i transistor, così anche i qubit alla base dei computer quantistici possono essere impiegati per ricreare tali porte logiche ed eseguire dunque operazioni di calcolo.

Le porte quantistiche sono, però, differenti rispetto a quelle classiche e sono le porte CNOT, H, S e T. Le porte T sono quelle più complesse da gestire, perché richiedono un alto numero di qubit e ciò le rende più difficili da proteggere dagli errori. Le porte T sono usate molto nella rotazione del vettore di stato nei calcoli, un'operazione fondamentale che interviene sulla rotazione della fase.

La nuova architettura sviluppata da Fujitsu e dall'Università di Osaka prevede invece una nuova porta logica specificamente pensata per effettuare la rotazione della fase. Tale porta logica riduce significativamente la quantità di operazioni e di qubit necessari per effettuare tale rotazione, fatto che apre alla possibilità di ridurre del 90% il numero di qubit necessari e del 95% il numero di operazioni sulle porte logiche. Di conseguenza si è abbassato significativamente anche il tasso di errori: i ricercatori affermano che sia appena il 13% (ovvero, una riduzione dell'87%) rispetto alle architetture adottate finora.

Stando alle due realtà, questa nuova architettura ridurrebbe ad appena 10.000 il numero di qubit fisici necessari per realizzare un computer quantistico in grado di resistere agli errori. Uno dei problemi principali che i computer quantistici odierni devono affrontare, infatti, è che le interferenze dal mondo esterno causano errori che non sono attualmente correggibili.

Con 10.000 qubit fisici si potrebbero ottenere 64 qubit logici, che sarebbero invece immuni agli errori e sarebbero sufficienti ad affrontare complessi problemi nelle scienze dei materiali, nella farmacologia, nella biochimica (come la ricerca sul cancro, per citare il caso più noto), nella finanza e in altri campi ancora.

Le due realtà non hanno dato alcuna indicazione su quando vedremo quest'architettura in azione su un computer quantistico commerciale, né hanno fornito previsioni sulle tempistiche relative alla costruzione del primo computer quantistico con 10.000 qubit fisici e la correzione degli errori.