Microsoft e Quantinuum segnalano un modo per ridurre il rumore nell'informatica quantistica

Microsoft e Quantinuum affermano di aver dimostrato un sistema di calcolo quantistico in grado di ridurre il tasso di errore nell'elaborazione dei dati di un fattore 800.
"Oggi rappresenta un risultato importante per l'intero ecosistema quantistico", Jason Zander, vicepresidente esecutivo di Microsoft per le missioni strategiche e tecnologie, ha detto in un post sul blog riguardo al risultato.
L’informatica quantistica potrebbe risolvere alcuni tipi di problemi – dalla crittografia dei dati e l’ottimizzazione del sistema allo sviluppo di nuovi materiali sintetici – in una scala temporale che sarebbe irraggiungibile utilizzando i computer classici.
“I computer quantistici in scala offrirebbero la capacità di simulare le interazioni di molecole e atomi a livello quantistico oltre la portata dei computer classici, sbloccando soluzioni che possono essere un catalizzatore di cambiamenti positivi nel nostro mondo”, ha affermato Zander.
Il segreto del successo risiede nei bit quantistici, o qubit, che possono rappresentare più valori finché non vengono letti i risultati di un calcolo.
I qubit tipicamente fanno uso di materiali esotici, come circuiti superconduttori, diamanti con difetti o ioni raffreddati al laser.
Una grande sfida è che i qubit tendono ad essere “rumorosi”, ovvero suscettibili a perturbazioni che introducono errori.
Per anni, i ricercatori sono stati alla ricerca di modi per mantenere la fedeltà dei qubit e correggere eventuali errori che si presentassero.
Tali strategie in genere implicano il collegamento di più qubit fisici per rappresentare un singolo “qubit logico”.
Solo un paio di anni fa, i ricercatori Microsoft affermavano che un computer quantistico avrebbe avuto bisogno di almeno un milione di qubit fisici per dimostrare un vantaggio rispetto ai computer classici.
Ma questo perché si pensava che sarebbero stati necessari migliaia di qubit fisici per produrre un singolo qubit logico.
Se fossero necessari meno qubit fisici per la correzione degli errori, ciò renderebbe più semplice la costruzione di computer quantistici utili.
La dimostrazione appena riportata affronta questa sfida: Microsoft e Quantinuum hanno affermato di aver creato quattro qubit logici altamente affidabili da soli 30 qubit fisici.
"Con questo sistema, abbiamo eseguito più di 14.000 esperimenti individuali senza errori", ha affermato Zander.
In un post tecnico sul blog, Dennis Tom e Krysta Svore di Microsoft hanno scritto di aver utilizzato un sistema di virtualizzazione dei qubit per migliorare l'affidabilità dell'hardware con trappola ionica di Quantinuum di un fattore 800.
Tom è il direttore generale di Azure Quantum e Svore è il vice di Microsoft presidente dello sviluppo quantistico avanzato.
"Un miglioramento di 800 volte nel tasso di errore corrisponde a un miglioramento del segnale di 29 dB, che è lo stesso ottenuto con cuffie con cancellazione del rumore di alta qualità", hanno affermato Tom e Svore.
Il paragone è particolarmente calzante: “Attivare la funzione di cancellazione del rumore sulle cuffie per ascoltare la musica, rimuovendo la maggior parte del rumore ambientale, è come applicare il nostro sistema di virtualizzazione dei qubit”, hanno detto i ricercatori.
Microsoft adotta un approccio ibrido al cloud computing, che combina i punti di forza del supercalcolo classico e dell’elaborazione quantistica.
Zander ha affermato che l’applicazione del sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft “ci sposta dall’attuale livello rumoroso di scala quantistica intermedia (NISQ) al calcolo quantistico resiliente di livello 2”.
"Le funzionalità avanzate basate su questi qubit logici saranno disponibili in anteprima privata per i clienti di Azure Quantum Elements nei prossimi mesi", ha affermato.
Microsoft sta già guardando avanti al livello successivo.
“Al Livello 3, ci aspettiamo di essere in grado di risolvere alcuni dei nostri problemi più impegnativi, in particolare in campi come la chimica e la scienza dei materiali, sbloccando nuove applicazioni che uniscono la quantistica su larga scala con il meglio del supercalcolo classico e dell’intelligenza artificiale, il tutto connesso nel mondo.
Azure Quantum cloud”, ha affermato Zander.
Microsoft non è l'unica azienda tecnologica che segnala progressi sulla frontiera quantistica.
Ecco una carrellata di altri recenti sviluppi nel campo: Amazon Web Services afferma di aver dimostrato un nuovo tipo di qubit che converte la maggior parte degli errori riscontrati durante l'elaborazione dei dati in una classe di errori chiamata "errori di cancellazione".
Il rilevamento e la correzione degli errori di cancellazione possono portare a riduzioni significative dei costi di correzione degli errori, afferma AWS.
"A lungo termine, ciò potrebbe potenzialmente significare che potresti aver bisogno solo di 100 qubit fisici per creare un qubit logico rispetto ai 1.000 qubit fisici per qubit logico oggi", ha detto a GeekWire un portavoce di Amazon in una e-mail.
IonQ afferma di aver stipulato un accordo strategico con South Carolina Quantum per fornire capacità e servizi di calcolo quantistico ai suoi partner, comprese le istituzioni accademiche.
IonQ e South Carolina Quantum collaboreranno per sviluppare corsi di formazione e accelerare l'introduzione delle tecnologie quantistiche nello Stato di Palmetto.
Il quartier generale di IonQ è nel Maryland, ma a febbraio la società ha ufficialmente aperto una struttura per lo sviluppo e la produzione di computer quantistici a Bothell, nello stato di Washington.
IBM afferma di aver creato un codice di correzione degli errori circa 10 volte più efficiente rispetto ai metodi precedenti.
L'architettura computazionale è chiamata “codice lordo” per via dei suoi collegamenti con il termine matematico per una dozzina di dozzine (12 x 12, o 144).
Il codice richiede 144 qubit per archiviare i dati e altri 144 qubit per verificare la presenza di errori.
L'array risultante da 288 qubit può proteggere 12 qubit logici per circa un milione di cicli di controlli degli errori.
La ricerca dell'IBM ha fatto la copertina del numero della settimana scorsa di Nature.