Date il benvenuto a Willow, il chip quantistico che sa correggere gli errori

Tante aziende si stanno sfidando sullo sviluppo di computer quantistici non soltanto potenti ma anche affidabili. Accanto alla corsa al qubit, infatti, la sfida è quella di correggere gli errori commessi dai chip quantistici. Google ha recentemente individuato quella che sembra essere la strada giusta: il sistema AlphaQubit è più abile nel riconoscere gli errori e correggerli. Molto di più rispetto agli algoritmi utilizzati fino ad oggi. Forte anche di quell’esperienza, l’azienda di Mountain View presenta oggi Willow, chip quantistico in grado di ridurre gli errori in modo esponenziale con l’aumentare dei qubit.

Perché Google Willow rappresenta una svolta epocale

L’introduzione di errori rappresenta un problema concreto per i computer quantistici, a causa della loro natura intrinsecamente fragile e del modo in cui le informazioni quantistiche sono processate.

I qubit, che rappresentano l’unità fondamentale di calcolo nei computer quantistici, sono estremamente sensibili all’ambiente circostante. Essi interagiscono facilmente con fattori esterni, come vibrazioni, fluttuazioni termiche e campi elettromagnetici, perdendo rapidamente il loro stato in un fenomeno noto come decoerenza.

Le operazioni quantistiche richiedono inoltre una precisione estrema. Qualsiasi imperfezione nel controllo delle porte quantistiche (le operazioni logiche eseguite sui qubit) può introdurre errori, compromettendo i calcoli.

A differenza dei computer classici, in cui la lettura dello stato di un bit non altera il sistema, nei computer quantistici la misurazione di un qubit distrugge il suo stato quantistico. Ciò rende complicato rilevare e correggere gli errori senza influenzare il calcolo.

Errori quantistici “sotto soglia”: una rivoluzione

Con il chip Willow, Google dimostra per la prima volta un’efficace riduzione degli errori in tempo reale, superando la soglia critica nota come “below threshold“. Questo traguardo, perseguito dal 1995, è stato raggiunto utilizzando array sempre più grandi di qubit fisici, scalando da una griglia 3×3 a una 7×7.

Grazie ai progressi nella correzione degli errori, Willow è il primo prototipo convincente di qubit logico scalabile, aprendo la strada alla costruzione di computer quantistici utili e di grande scala.

Willow eccelle nel benchmark del Random Circuit Sampling (RCS), considerato lo standard di riferimento nel settore. Il chip ha completato una computazione in meno di cinque minuti, un risultato che supera di gran lunga le capacità dei supercomputer attuali.

RCS è un test progettato per valutare la capacità di un computer quantistico nell’esecuzione di calcoli proibitivamente complessi per i computer classici. Il benchmark consiste nell’eseguire calcoli basati su circuiti quantistici casuali, cioè sequenze di operazioni quantistiche applicate a un insieme di qubit, scelte in modo casuale ma con una struttura definita.

Il chip Willow ha utilizzato RCS per eseguire un calcolo che su Frontier, uno dei supercomputer più veloci al mondo, avrebbe richiesto 10²⁵ anni (10 quadrilioni di anni nella scala lunga europea), un tempo incredibilmente più lungo dell’età dell’universo (circa 13,8 miliardi di anni).

Il risultato conseguito sottolinea il potenziale unico del calcolo quantistico, che avanza con un ritmo di miglioramento esponenziale rispetto ai computer classici.

Quanti qubit utilizza Willow e quali sono gli sviluppi futuri

Il chip quantistico Willow utilizza una griglia di 49 qubit fisici (7×7), un numero sufficiente per dimostrare il concetto di qubit logico scalabile e per superare la soglia critica “below threshold“. Gli ingegneri Google, tuttavia, spiegano che allo stato attuale Willow può spingersi a usare fino a 105 qubit.

L’azienda guidata da Sundar Pichai prevede di ampliare ulteriormente il numero di qubit fisici integrati nei chip futuri, puntando a configurazioni più grandi e a una maggiore complessità logica.

Un obiettivo chiave è migliorare la stabilità dei qubit, prolungando i tempi di coerenza per ridurre ulteriormente gli errori e aumentare l’affidabilità. Gli sviluppi includeranno algoritmi di correzione degli errori più avanzati per ridurre ulteriormente l’impatto delle imperfezioni.

Con il miglioramento della scalabilità, Google punta a sviluppare computer quantistici capaci di risolvere problemi reali in settori come chimica, ottimizzazione e simulazione fisica. Collaborazioni con aziende e istituti di ricerca mireranno a integrare tecnologie quantistiche in ambiti pratici, come la progettazione di materiali e la crittografia avanzata.