Questa nuova startup ha costruito un computer quantistico da 256 qubit da record

Signora Tech | Volevo Informatica / Harvard

Alla fine, i fisici di Harvard e del MIT hanno trovato l'applicazione killer per il calcolo quantistico: una GIF di Mario Bros. fatta di qubit. I qubit (bit quantistici) possono anche essere organizzati in un design Space Invaders, o Tetris, o qualsiasi altra forma: il tuo desiderio geometrico è il comando dei qubit.

Le GIF sono state offerte da QuEra Computing, una startup di Boston emergente dalla furtività, per mostrare la programmabilità del loro simulatore quantistico a 256 qubit, un computer quantistico per scopi speciali costruito per risolvere determinati tipi di problemi.

La macchina QuEra è l'ultimo passo avanti nell'aumento del calcolo quantistico per renderlo più potente e in grado di affrontare problemi pratici. Più qubit significano che più informazioni possono essere archiviate ed elaborate e i ricercatori che sviluppano la tecnologia hanno gareggiato per alzare continuamente il livello.

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Supremazia quantistica da Google? Non così in fretta, dice IBM. Il produttore rivale di computer quantistici sta contestando la tanto decantata affermazione secondo cui Google ha raggiunto un nuovo traguardo.

Nel 2019, Google ha annunciato che la sua macchina da 53 qubit aveva raggiunto la supremazia quantistica, eseguendo un'attività non gestibile da un computer convenzionale, ma IBM ha contestato l'affermazione. Lo stesso anno, IBM ha lanciato il suo computer quantistico a 53 bit . Nel 2020, IonQ ha presentato un sistema a 32 qubit che la società ha affermato essere il computer quantistico più potente del mondo. E proprio questa settimana IBM ha lanciato il suo nuovo processore quantistico da 127 qubit, che il comunicato stampa ha descritto come un piccolo miracolo del design. La grande novità, dal mio punto di vista, è che funziona, afferma Jay Gambetta, vicepresidente dell'informatica quantistica di IBM.

Ora QuEra afferma di aver realizzato un dispositivo con molti più qubit di qualsiasi altro rivale.

L'obiettivo finale dell'informatica quantistica, ovviamente, non è giocare a Tetris ma superare le prestazioni dei computer classici nella risoluzione di problemi di interesse pratico. Gli appassionati ritengono che quando questi computer diventeranno abbastanza potenti, forse in un decennio o due, potrebbero portare effetti trasformativi in ​​campi come la medicina e la finanza, le neuroscienze e l'intelligenza artificiale. Le macchine quantistiche avranno probabilmente bisogno di migliaia di qubit per gestire problemi così complessi.

Il numero di qubit, tuttavia, non è l'unico fattore che conta.

QuEra sta anche pubblicizzando la maggiore programmabilità del suo dispositivo, in cui ogni qubit è un singolo atomo ultra-freddo. Questi atomi sono disposti con precisione con una serie di laser (i fisici li chiamano pinzette ottiche). Il posizionamento dei qubit consente di programmare la macchina, sintonizzarla sul problema in esame e persino riconfigurarla in tempo reale durante il processo di calcolo.

Diversi problemi richiederanno che gli atomi siano posizionati in diverse configurazioni, afferma Alex Keesling, CEO di QuEra e co-inventore della tecnologia. Una delle cose uniche della nostra macchina è che ogni volta che la eseguiamo, poche volte al secondo, possiamo ridefinire completamente la geometria e la connettività dei qubit.

Il vantaggio dell'atomo

La macchina di QuEra è stata costruita da un progetto e tecnologie perfezionate nel corso di diversi anni, guidate da Mikhail Lukin e Markus Greiner ad Harvard e Vladan Vuletić e Dirk Englund al MIT (tutti fanno parte del team fondatore di QuEra). Nel 2017 è stato utilizzato solo un modello precedente del dispositivo del gruppo di Harvard 51 qubit ; nel 2020 hanno dimostrato il Macchina da 256 qubit . Entro due anni il team di QuEra prevede di raggiungere i 1.000 qubit e quindi, senza cambiare molto la piattaforma, spera di continuare a scalare il sistema oltre le centinaia di migliaia di qubit.

Mario fatto da qubit.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

È la piattaforma unica di QuEra, il modo fisico in cui il sistema viene assemblato e il metodo con cui le informazioni vengono codificate ed elaborate, che dovrebbe consentire tali salti di scala.

Mentre i sistemi di calcolo quantistico di Google e IBM utilizzano qubit superconduttori e IonQ utilizza ioni intrappolati, la piattaforma di QuEra utilizza array di atomi neutri che producono qubit con una coerenza impressionante (ovvero un alto grado di quantistica). La macchina utilizza impulsi laser per far interagire gli atomi, eccitandoli a uno stato energetico - uno stato di Rydberg, descritto nel 1888 dal fisico svedese Johannes Rydberg - in cui possono eseguire la logica quantistica in modo robusto con alta fedeltà. Questo approccio Rydberg a calcolo quantistico è stato lavorato per un paio di decenni, ma erano necessari progressi tecnologici, ad esempio con laser e fotonica, per farlo funzionare in modo affidabile.

Irrazionalmente esuberante

Quando l'informatico Umesh Vazirani, direttore del Berkeley Quantum Computation Center, ha appreso per la prima volta della ricerca di Lukin in questo senso, si è sentito irrazionalmente esuberante: sembrava un approccio meraviglioso, anche se Vazirani si chiedeva se le sue intuizioni fossero in contatto con la realtà. Abbiamo avuto vari percorsi ben sviluppati, come superconduttori e trappole ioniche, su cui si è lavorato a lungo, dice. Non dovremmo pensare a schemi diversi? Si è confrontato con John Preskill, fisico del California Institute of Technology e direttore dell'Institute for Quantum Information and Matter, che ha assicurato a Vazirani che la sua esuberanza era giustificata.

Preskill trova le piattaforme Rydberg (non solo quelle di QuEra) interessanti perché producono qubit fortemente interagenti che sono altamente intrecciati ed è qui che si trova la magia quantistica, dice. Sono piuttosto entusiasta del potenziale su una scala di tempo relativamente breve per scoprire cose inaspettate.

Oltre a simulare e comprendere materiali e dinamica quantistica —che Lukin chiama i primi esempi di utili vantaggi quantistici che coinvolgono applicazioni scientifiche—i ricercatori stanno anche lavorando su algoritmi quantistici per risolvere problemi di ottimizzazione computazionale che sono NP-completo (cioè molto difficile).

Uno degli investitori di QuEra è Rakuten, una società giapponese di servizi Internet, e-commerce e fintech, interessata ad esplorare il problema dell'ottimizzazione della posizione delle antenne per i servizi mobili 4G e 5G. Inoltre, la tecnologia promette di risolvere molti problemi di ottimizzazione, dal routing di consegna, al portafoglio di azioni, dai motori di ricerca alle raccomandazioni, afferma Takuya Kitagawa, chief data officer di Rakuten. Il sogno è grande.

Preskill, tuttavia, non è particolarmente ottimista sul fatto che la macchina di QuEra supererà gli algoritmi classici per problemi di ottimizzazione. È colui che ha coniato il termine supremazia quantistica (descrivendo il punto in cui i computer quantistici possono fare cose che i computer classici non possono), e osserva: non abbiamo forti argomentazioni teoriche per cui vedremo un vantaggio quantistico nell'ottimizzazione qualsiasi presto. Ma è certamente degno di indagine.

E Preskill è entusiasta del piano di QuEra di rendere la sua piattaforma ampiamente accessibile per la ricerca e lo sviluppo. Avere una comunità più ampia di persone che scherzano e giocano con le macchine, dice, aiuterà a capire in cosa sono brave. Si spera che non passino il loro tempo a giocare a Tetris e Space Invaders.

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