211service.com
Google pensa che sia vicino alla supremazia quantistica. Ecco cosa significa davvero.
Settantadue potrebbe non essere un numero elevato, ma in termini di calcolo quantistico, è enorme. Questa settimana Google svelato Bristlecone, un nuovo chip di calcolo quantistico con 72 bit quantistici, o qubit, le unità fondamentali di calcolo in una macchina quantistica. Come mostrano il nostro contatore di qubit e la sequenza temporale, il precedente detentore del record è un semplice processore da 50 qubit annunciato da IBM l'anno scorso.
John Martinis, che guida gli sforzi di Google, afferma che il suo team ha ancora bisogno di fare più test, ma pensa che sia abbastanza probabile che quest'anno, forse anche in pochi mesi, il nuovo chip possa raggiungere la supremazia quantistica. Questo è il punto in cui un computer quantistico può eseguire calcoli oltre la portata dei supercomputer più veloci di oggi.
Quando Google o un altro team finalmente dichiara il successo, aspettati una marea di titoli sull'alba di una nuova ed eccitante era. I computer quantistici dovrebbero aiutarci a scoprire nuovi prodotti farmaceutici e creare nuovi materiali, oltre a capovolgere la crittografia.
Ma la realtà è più complicata. Farai fatica a trovare qualsiasi [ricercatore] a cui piaccia il termine 'supremazia quantistica', afferma Simon Benjamin, un esperto quantistico all'Università di Oxford. È molto accattivante, ma è un po' confuso e sovrastima ciò che i computer quantistici saranno in grado di fare.
Mattoni quantistici
Per capire perché, qualche breve retroscena. La magia dei computer quantistici sta in quei qubit. A differenza dei bit nei computer classici, che memorizzano informazioni come entrambi uno o 0 , i qubit possono esistere in più stati di uno e 0 allo stesso tempo, un fenomeno noto come sovrapposizione. Possono anche influenzarsi a vicenda anche quando non sono fisicamente collegati, tramite un processo noto come entanglement.
Ciò a cui questo si riduce è che, anche se alcuni bit in più fanno solo una modesta differenza rispetto alla potenza di un computer classico, l'aggiunta di qubit extra a una macchina quantistica può aumentare la sua potenza di calcolo in modo esponenziale. Ecco perché, in linea di principio, non ci vogliono così tanti qubit per superare anche il più potente dei supercomputer di oggi.
La creazione di qubit, tuttavia, richiede prodigiose prodezze ingegneristiche, come la costruzione di circuiti superconduttori mantenuti a temperature più basse dello spazio esterno (l'approccio utilizzato da Google). Questo è necessario per isolarli dal mondo esterno. I cambiamenti di temperatura o le minime vibrazioni, fenomeni noti come rumore, possono causare la decoerenza dei qubit o la perdita del loro fragile stato quantico. Quando ciò accade, gli errori si insinuano rapidamente nei calcoli.
E maggiore è il numero di qubit, più errori ci sono. Possono essere corretti utilizzando qubit aggiuntivi o software intelligente, ma ciò riduce gran parte della capacità di calcolo della macchina. Negli ultimi anni, i progressi nella tecnologia del super-raffreddamento e in altre aree hanno aumentato il numero di qubit che possono essere trasformati e gestiti in modo efficace. Ma rimane una battaglia costante tra potere e complessità.
Le speranze di raggiungere la supremazia quantistica sono state deluse in precedenza. Per qualche tempo i ricercatori pensavano che una macchina da 49 qubit sarebbe bastata, ma l'anno scorso i ricercatori dell'IBM sono stati in grado di simulare un sistema quantistico a 49 qubit su un computer convenzionale (vedi Nuovi colpi di scena nella strada verso la supremazia quantistica). Né i computer convenzionali stanno fermi: la Cina, in particolare, ha investito molto nella tecnologia e ora vanta le due macchine più potenti del mondo.
Il grande momento di Google
Tuttavia, afferma Daniel Gottesman del Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, mentre algoritmi e computer digitali migliori potrebbero spostare un po' la soglia della supremazia, probabilmente richiederebbero solo pochi qubit aggiuntivi perché una macchina quantistica li superi davvero. Con i 72 qubit di Bristlecone, c'è un sacco di potenza di fuoco con cui giocare.
Utilizzando Bristlecone, Martinis e i suoi colleghi hanno in programma di eseguire un test che cerca di dimostrare la supremazia quantistica. La definizione rigorosa del benchmark è che il compito dovrebbe essere impossibile da eseguire per un computer convenzionale. Ma questo solleva una questione spinosa: come fai a sapere davvero se un computer quantistico ha prodotto una risposta corretta se non puoi verificarla con uno che utilizza bit di silicio?
Per far fronte a questo, il team di Google prevede di andare solo al limite, utilizzando una macchina quantistica per risolvere un algoritmo al limite delle capacità dei supercomputer di oggi. Puoi anche dimostrare che l'algoritmo è esponenzialmente complicato, spiega Martinis. L'aggiunta di un solo qubit in più porterebbe quindi il dispositivo quantistico ben oltre ciò che una macchina convenzionale potrebbe gestire in un tempo ragionevole.
Gioco di nomi
Anche se Google raggiunge il punto di riferimento magico, tuttavia, la complessità e il costo della gestione delle macchine quantistiche limiteranno quanto possano essere utili.
Sebbene ci siano alcune applicazioni potenzialmente promettenti, come la progettazione precisa di molecole (vedi 10 Breakthrough Technologies 2018), le macchine classiche saranno comunque migliori, più veloci e molto più economiche nel risolvere la maggior parte dei problemi. Usare un computer quantistico sarebbe come noleggiare un jumbo jet per attraversare la strada, afferma Benjamin, dell'Università di Oxford.
Suggerisce che invece della supremazia quantistica, dovremmo parlare di raggiungere l'inimitabilità quantistica, in altre parole, compiti specifici che solo i computer quantistici possono svolgere. Altri ricercatori hanno suggerito nomi come vantaggio quantistico o ascendenza quantistica.
La semantica conta. Tecnologie come l'intelligenza artificiale hanno attraversato più cicli di clamore prima di decollare davvero. C'è il rischio che se le aspettative vengono aumentate troppo ora, le macchine quantistiche non saranno all'altezza di esse (vedi I computer quantistici seri sono finalmente arrivati. Cosa faremo con loro?). Ciò potrebbe innescare un esodo di investitori, che hanno pompato milioni di dollari in startup quantistiche.
Storia correlata
Storia correlata Anche l'ideatore della supremazia quantistica sta cercando di reprimere il brusio che ha contribuito a creare. John Preskill, fisico teorico del California Institute of Technology, ha coniato il termine in un discorso nel 2011. Nel gennaio di quest'anno ha pubblicato un documento in cui ha detto che il calcolo quantistico stava per entrare in una fase che ha chiamato NISQ, o quanto rumoroso a stadio intermedio, in cui le macchine avranno da 50 a poche centinaia di qubit. 'Rumoroso', ha scritto, significa che avremo un controllo imperfetto su quei qubit; il rumore porrà seri limiti a ciò che i dispositivi quantistici possono ottenere a breve termine. Preskill ha affermato di essere ancora convinto che i computer quantistici avranno un effetto trasformativo sulla società, ma quella trasformazione, ammette, potrebbe essere ancora lontana decenni.
Il problema del rumore è una questione controversa. Gil Kalai, professore all'Università Ebraica di Gerusalemme, ha sostenuto che le sfide poste dal rumore sono così grandi da impedire alle macchine quantistiche di diventare davvero utili. Molti esperti non sono d'accordo. Il rumore può essere gestito, afferma Andrew Childs, co-direttore del Joint Center for Quantum Information and Computer Science presso l'Università del Maryland. Devi solo capire quanto di esso puoi tollerare.
Martinis di Google è anche consapevole che le aspettative devono essere gestite. L'algoritmo che il suo team intende utilizzare è molto specifico per testare le capacità delle macchine quantistiche piuttosto che per ottenere qualcosa di pratico. Non appena arriveremo alla supremazia quantistica, dice, vorremo dimostrare che una macchina quantistica può fare qualcosa di veramente utile.