L’informatica quantistica è una delle frontiere più avanzate della scienza e della tecnologia, con il potenziale di trasformare settori come la crittografia, l’intelligenza artificiale, la medicina e la fisica, tuttavia un computer quantistico deve affrontare una sfida cruciale: la correzione degli errori.
I computer quantistici utilizzano i qubit, o bit quantistici, che possono assumere sia lo stato 0 che lo stato 1, o una combinazione di entrambi, grazie al fenomeno della sovrapposizione quantistica, questa proprietà consente ai qubit di eseguire calcoli paralleli molto più velocemente dei bit classici, che possono assumere solo uno stato alla volta.
Oltre a ciò, i qubit possono essere collegati tra loro tramite l’entanglement quantistico, che li rende dipendenti l’uno dall’altro anche se sono separati nello spazio, questo significa che modificando lo stato di un qubit, si modifica anche lo stato dell’altro, senza bisogno di una comunicazione diretta.
Queste caratteristiche rendono i computer quantistici molto più potenti dei computer classici, ma anche molto più fragili, infatti i qubit sono estremamente sensibili a qualsiasi disturbo o rumore ambientale, che può causare errori nei calcoli e compromettere la loro affidabilità.
Per questo motivo, i computer quantistici devono implementare dei meccanismi di correzione degli errori, che permettano di rilevare e correggere gli errori nei qubit senza distruggere la loro informazione quantistica.
Una delle soluzioni più promettenti è l’uso dei qubit logici, che sono qubit fisici collegati tra loro tramite entanglement quantistico e codificati con un algoritmo di correzione degli errori, in questo modo, lo stesso dato viene archiviato in più qubit fisici, riducendo il rischio che un errore in uno di essi comprometta l’intero calcolo.
Il futuro del computer quantistico potrebbe essere dietro l’angolo
La startup QuEra, fondata da ricercatori di Harvard e MIT, ha annunciato di aver sviluppato il primo computer quantistico commerciale al mondo con tolleranza agli errori e dotato di qubit logici. La nuova macchina, che ha 256 qubit fisici e 10 logici, sarà lanciata alla fine del 2024 e sarà disponibile per i clienti tramite una piattaforma cloud.
Il computer quantistico di QuEra si basa su un nuovo studio, pubblicato il 6 dicembre 2023 sulla rivista Nature, in cui i ricercatori hanno dimostrato un computer quantistico funzionante che conteneva 48 qubit logici, il maggior numero di qubit logici testati fino ad oggi.
“È la prima macchina con correzione quantistica degli errori”
ha detto a WordsSideKick.com in una e-mail il coautore dello studio Harry Zhou, fisico di QuEra e dell’Università di Harvard.
Anche se questo computer non ha abbastanza potenza per essere utile da solo, fornisce una piattaforma su cui i programmatori di software possono iniziare a testare il codice per i futuri computer quantistici, ha detto Zhou.
Il computer quantistico di QuEra utilizza un codice di correzione degli errori chiamato “surface code”, che organizza i qubit fisici in una griglia bidimensionale e li connette con delle porte logiche, o circuiti, che permettono di eseguire le operazioni quantistiche. Il computer quantistico calcola quindi la “sindrome”, una misura della probabilità che si sia verificato o meno un errore in uno dei qubit fisici, ed utilizzando queste informazioni, il computer quantistico corregge gli errori e procede alla fase successiva.
Il vantaggio del surface code è che richiede un basso tasso di errore per qubit fisico, circa il 10%, per garantire la tolleranza agli errori. Il tasso di errore di QuEra è dello 0,5% con 48 qubit logici, il che significa che il computer quantistico può eseguire calcoli complessi senza perdere la coerenza quantistica.
Il computer quantistico di QuEra rappresenta un progresso significativo rispetto agli sforzi passati. Nel 2023, il Google Quantum AI Lab ha dimostrato un tasso di errore del 2,9% utilizzando tre qubit logici, mentre il leader mondiale è l’Università di Oxford, che ha raggiunto tassi di errore inferiori allo 0,01%, ma solo tra porte a due qubit.
L’anno scorso, IBM ha anche dimostrato la tecnologia di correzione degli errori nel suo chip Heron da 127 qubit che ha ridotto i tassi di errore di cinque volte rispetto agli altri chip, ma la sua prima macchina commerciale con tolleranza agli errori, chiamata Eagle, è prevista per il 2025 e avrà solo 1121 qubit fisici e 32 logici.
QuEra ha dichiarato di voler scalare il suo computer quantistico fino a 1024 qubit logici entro il 2026, il che lo renderebbe in grado di eseguire calcoli che sono impossibili per i computer classici, raggiungendo così il cosiddetto “quantum advantage”.
Il computer quantistico di QuEra potrebbe avere applicazioni in vari settori, come la simulazione di materiali, molecole e reazioni chimiche, la risoluzione di problemi di ottimizzazione, la crittografia e la sicurezza informatica, l’intelligenza artificiale e il machine learning, la fisica e l’astronomia.
Tuttavia, il computer quantistico di QuEra non sarà accessibile a tutti, ma solo a una ristretta cerchia di clienti, tra cui università, centri di ricerca, aziende e governi, in aggiunta il computer quantistico richiederà delle competenze specifiche per essere programmato e utilizzato, il che potrebbe limitare la sua diffusione e il suo impatto.
Nonostante queste sfide, il computer quantistico di QuEra è una pietra miliare nell’informatica quantistica e apre la strada a una nuova era di calcolo e scoperta. Come ha detto Zhou, “siamo entusiasti di vedere cosa faranno i nostri utenti con questa macchina”.
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