IBM mostra un chip di calcolo quantistico

Un chip superconduttore sviluppato da IBM dimostra un passaggio importante necessario per la creazione di processori per computer che scricchiolano i numeri sfruttando le stranezze della fisica quantistica. Se sviluppati con successo, i computer quantistici potrebbero effettivamente prendere scorciatoie attraverso molti calcoli che sono difficili per i computer di oggi.

Quando vengono raffreddati a una frazione di grado sopra lo zero assoluto, i quattro elementi scuri al centro del circuito al centro di questa immagine possono rappresentare dati digitali utilizzando effetti di meccanica quantistica.

Il nuovo chip di IBM è il primo a integrare i dispositivi di base necessari per costruire un computer quantistico, noto come qubit, in una griglia 2-D. I ricercatori ritengono che uno dei percorsi migliori per realizzare un computer quantistico pratico implicherebbe la creazione di griglie di centinaia o migliaia di qubit che lavorano insieme. I circuiti del chip IBM sono realizzati con metalli che diventano superconduttori quando vengono raffreddati a temperature estremamente basse. Il chip funziona solo a una frazione di grado sopra lo zero assoluto.

Il chip di IBM contiene solo la griglia più semplice possibile, quattro qubit in un array due per due. Ma in precedenza i ricercatori avevano dimostrato che potevano far funzionare i qubit insieme solo se disposti in linea. A differenza dei bit binari convenzionali, un qubit può entrare in uno stato di sovrapposizione in cui è effettivamente sia 0 che 1 allo stesso tempo. Quando i qubit in questo stato funzionano insieme, possono eseguire calcoli complessi in modi impossibili per l'hardware convenzionale. Google, la NASA, Microsoft, IBM e il governo degli Stati Uniti stanno tutti lavorando alla tecnologia.

Esistono diversi modi per creare qubit, con circuiti superconduttori come quelli utilizzati da IBM e Google che sono uno dei più promettenti. Tuttavia, tutti i qubit soffrono del fatto che gli effetti quantistici che usano per rappresentare i dati sono molto suscettibili alle interferenze. Gran parte del lavoro attuale si concentra sulla dimostrazione che piccoli gruppi di qubit possono rilevare quando si sono verificati errori in modo che possano essere aggirati o corretti.

All'inizio di quest'anno, i ricercatori dell'Università della California, Santa Barbara, e Google hanno annunciato di aver realizzato un chip con nove qubit superconduttori disposti in linea (Google Researchers Make Quantum Computing Components More Reliable). Alcuni dei qubit in quel sistema potrebbero rilevare quando i loro altri dispositivi hanno subito un tipo di errore chiamato bit-flip, in cui un qubit che rappresenta uno 0 cambia in 1 o viceversa.

Tuttavia, i qubit soffrono anche di un secondo tipo di errore noto come inversione di fase, in cui lo stato di sovrapposizione di un qubit viene distorto. I qubit possono rilevarlo solo in altri qubit se stanno lavorando insieme in un array 2-D, afferma Jay Gambetta , che guida il gruppo di ricerca sull'informatica quantistica di IBM presso il suo T.J. Centro di ricerca Watson a Yorktown Heights, New York.

Un documento pubblicato oggi descrive in dettaglio come il chip IBM con quattro qubit disposti in un quadrato può rilevare sia i capovolgimenti di bit che di fase. Una coppia di qubit viene controllata per gli errori dall'altra coppia di qubit. Una delle coppie che effettuano il controllo cerca i salti di bit e l'altra le inversioni di fase.

Questo è un trampolino di lancio verso la dimostrazione di una piazza più grande, afferma Gambetta. Ci saranno altre sfide che emergeranno man mano che la piazza diventa più grande, ma sembra molto ottimista per i prossimi passi.

Gambetta afferma che il suo team ha dovuto progettare con cura il suo nuovo chip per superare i problemi di interferenza causati dall'unione dei quattro qubit così vicini. Stanno già sperimentando un chip che ha una griglia di otto qubit in un rettangolo due per quattro, dice.

Raymond Laflamme , direttore dell'istituto per l'informatica quantistica presso l'Università di Waterloo, in Canada, descrive i risultati di IBM come un'importante pietra miliare [verso] processori quantistici affidabili. Affrontare gli errori è uno dei problemi più importanti del campo. L'informatica quantistica promette di avere molte applicazioni sbalorditive, ma è ostacolata dalla fragilità delle informazioni quantistiche.

Per risolvere davvero questo problema è necessario fare un passo avanti rispetto agli ultimi risultati di IBM, correggere gli errori dei qubit e rilevarli. Ciò può essere dimostrato solo su una griglia più ampia di qubit, afferma Laflamme. Tuttavia, non tutti i ricercatori di informatica quantistica pensano che qubit come quelli costruiti da IBM, Google e altrove saranno mai realizzabili in grandi raccolte. I ricercatori di Microsoft e Bell Labs stanno lavorando per creare un design completamente diverso di qubit che dovrebbe essere meno soggetto a errori in primo luogo (vedi Quantum Mechanics di Microsoft).

nascondere