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The Tiny Startup Racing Google per costruire un chip di calcolo quantistico
L'arioso spazio ufficio di Berkeley della startup Rigetti Computing vanta tre frigoriferi, ma solo uno di loro conserva il cibo.
Gli altri due usano l'elio liquido per raffreddare i chip dei computer sperimentali a una frazione di grado dallo zero assoluto. L'azienda di due anni sta cercando di costruire l'hardware necessario per alimentare un computer quantistico, che potrebbe battere qualsiasi macchina convenzionale sfruttando la meccanica quantistica.
L'azienda punta a produrre un prototipo di chip entro la fine del 2017 che sia significativamente più complesso di quelli costruiti da altri gruppi che lavorano su computer quantistici completamente programmabili. La prossima generazione di chip dovrebbe essere in grado di accelerare alcuni tipi di apprendimento automatico ed eseguire simulazioni chimiche altamente accurate che potrebbero sbloccare nuovi tipi di processi industriali, afferma Chad Rigetti, fondatore e CEO della startup.
I chip che lanceremo saranno in grado di risolvere problemi molto profondi, dice. Ad esempio, Rigetti cita il processo Haber-Bosch, utilizzato per produrre l'ammoniaca per la produzione di fertilizzanti, che si stima consumi il 2% dell'energia mondiale. L'ideazione di un catalizzatore più efficiente per la reazione potrebbe essere estremamente preziosa.
Rigetti mira infine a creare una sorta di servizio di cloud computing quantistico, in cui i clienti pagano per eseguire problemi sui chip superconduttori dell'azienda. Sta anche lavorando su software per rendere facile per altre aziende scrivere codice per il suo hardware quantistico.
Quel piano richiede a Rigetti di fare passi avanti nella scienza e nell'ingegneria che finora sono sfuggiti ai laboratori governativi, accademici e aziendali. Sebbene i fisici abbiano delineato le basi di come potrebbero essere progettati i computer quantistici e quali vantaggi potrebbero apportare, costruirli si sta rivelando complicato.
Un chip di calcolo quantistico realizzato da Rigetti Computing con tre bit quantistici, che rappresentano bit digitali utilizzando stati quantistici.
Implica il cablaggio di dispositivi chiamati qubit, che rappresentano bit digitali di dati utilizzando delicati stati quantomeccanici. Proprio come i componenti di base di un computer convenzionale, possono codificare sia a 0 o a uno —ma possono anche entrare in uno stato che è effettivamente entrambi allo stesso tempo. Quando i qubit in quello stato di sovrapposizione interagiscono, possono utilizzare scorciatoie computazionali non disponibili per i computer convenzionali.
I fisici hanno creato qubit in vari modi. Ma i ricercatori accademici e governativi hanno ottenuto solo un piccolo numero di qubit che lavorano insieme. Una startup canadese chiamata D-Wave ha venduto un chip con più di mille qubit a clienti tra cui Lockheed Martin e Google, ma non è stato ancora dimostrato che la tecnologia offra i vantaggi di un computer quantistico.
I qubit sono difficili da usare in gruppo perché gli stati quantistici che usano per rappresentare i dati sono estremamente delicati e i dispositivi interferiscono l'uno con l'altro. Rigetti afferma che la sua azienda ha elaborato un progetto di qubit che dovrebbe essere abbastanza stabile da poter essere ampliato e che può essere realizzato utilizzando le tecniche convenzionali di produzione di chip.
La startup sta attualmente testando un chip a tre qubit realizzato utilizzando circuiti di alluminio su un wafer di silicio e il progetto previsto per il prossimo anno dovrebbe avere 40 qubit. Rigetti afferma che è possibile grazie al software di progettazione creato dalla sua azienda che riduce il numero di prototipi che dovranno essere costruiti per arrivare al progetto finale. Le versioni con 100 o più qubit sarebbero in grado di migliorare sui normali computer quando si tratta di simulazioni chimiche e apprendimento automatico, afferma.
Altri che lavorano sull'informatica quantistica condividono la convinzione che la tecnologia qubit abbia finalmente raggiunto un punto in cui i dispositivi possono essere combinati in numero molto maggiore. Il leader del laboratorio di calcolo quantistico di Google, che come Rigetti utilizza qubit superconduttori, ha previsto di poter costruire chip con circa 100 qubit affidabili in un paio d'anni (vedi Quantum Dream Machine di Google). I ricercatori dell'IBM, del MIT Lincoln Lab e altrove hanno anche sviluppato qubit superconduttori di alta qualità (vedi IBM Shows Off a Quantum Computing Chip). Rigetti ha precedentemente lavorato nel gruppo di ricerca sull'informatica quantistica di IBM.
Questo è un momento molto eccitante, dice Daniele Lidar , direttore del Center for Quantum Information Science and Technology presso la University of Southern California. Questo non è incrementale; stiamo davvero iniziando a vedere vari gruppi che lavorano con qubit superconduttori facendo grandi passi avanti.
Tuttavia, è ancora tutt'altro che chiaro quando potrebbero essere realizzati chip quantistici utili su larga scala, afferma Lidar. Un serio tentativo di costruirne uno rimane un'impresa costosa, dice.
I profitti del business pubblicitario online di Google lo rendono libero di dedicare enormi risorse al suo laboratorio di informatica quantistica, se lo desidera. D-Wave, l'unica azienda a offrire un chip qubit superconduttore su larga scala, impiega oltre 100 persone e ha ricevuto più di 120 milioni di dollari da vari investitori, tra cui il fondatore di Amazon Jeff Bezos e la CIA.
L'azienda di Rigetti ha finora raccolto 5 milioni di dollari di finanziamenti e impiega circa 15 persone. Sostiene che gli intensi confini di una startup forniscono l'ambiente migliore per risolvere la grande sfida dell'aumento della tecnologia qubit e che l'azienda raccoglierà più soldi e aggiungerà dipendenti secondo necessità.