Il team di Google Quantum AI ha annunciato Willow, l’ultimo chip quantistico della società americana. Willow – spiega il team – offre prestazioni all’avanguardia su una serie di parametri, consentendo due importanti risultati.
Il primo è che Willow è in grado di ridurre gli errori in modo esponenziale man mano che aumentano i qubit. Questo risultato risolve una sfida fondamentale nella correzione degli errori quantistici che il settore persegue da quasi 30 anni.
In secondo luogo, Willow ha eseguito in meno di cinque minuti un calcolo di riferimento standard che richiederebbe a uno dei supercomputer più veloci di oggi 10 septilioni (cioè 1025) di anni – un numero che supera di gran lunga l’età dell’Universo, sottolinea il team.
Il chip Willow è una tappa fondamentale di un percorso iniziato oltre 10 anni fa. Quando Google Quantum AI è stato fondato nel 2012 – ha dichiarato Hartmut Neven, Founder e Lead di Quantum AI, nel blog di Google –, la visione era quella di costruire un computer quantistico utile e su larga scala, in grado di sfruttare la meccanica quantistica – il “sistema operativo” della natura nella misura in cui lo conosciamo oggi – a beneficio della società, facendo progredire le scoperte scientifiche, sviluppando applicazioni utili e affrontando alcune delle più grandi sfide della società. Nell’ambito di Google Research, il team ha tracciato una tabella di marcia a lungo termine e secondo Neven Willow fa avanzare in modo significativo verso applicazioni commercialmente rilevanti.
Gli errori sono una delle maggiori sfide dell’informatica quantistica, spiega Google, poiché i qubit, le unità di calcolo dei computer quantistici, hanno la tendenza a scambiare rapidamente informazioni con l’ambiente circostante, rendendo difficile proteggere le informazioni necessarie per completare un calcolo. In genere, più qubit si utilizzano, più errori si verificano e il sistema diventa classico.
Google Quantum AI ha pubblicato su Nature i risultati che dimostrano che più qubit si utilizzano in Willow, più si riducono gli errori e più il sistema diventa quantistico. Il team ha testato array sempre più grandi di qubit fisici, passando da una griglia di 3×3 qubit codificati, a una griglia di 5×5, a una griglia di 7×7 – e ogni volta, utilizzando gli ultimi progressi nella correzione degli errori quantistici, è riuscito a dimezzare il tasso di errore. In altre parole, il team ha ottenuto una riduzione esponenziale del tasso di errore. Questo risultato storico – sottolinea Google – è noto nel settore come “below threshold”, ovvero la capacità di ridurre gli errori mentre si aumenta il numero di qubit. Per dimostrare un reale progresso nella correzione degli errori è necessario dimostrare di essere “al di sotto della soglia”, e questa è stata una sfida notevole da quando la correzione degli errori quantistici è stata introdotta da Peter Shor nel 1995.
Questo risultato rappresenta anche un’altra “prima” scientifica, mette in evidenza Google. Per esempio, è anche uno dei primi esempi convincenti di correzione degli errori in tempo reale su un sistema quantistico superconduttore – cruciale per qualsiasi calcolo utile, perché se non si riesce a correggere gli errori abbastanza velocemente, questi rovinano il calcolo prima che sia finito. Si tratta inoltre di una dimostrazione “beyond breakeven”, in cui gli array di qubit hanno una vita più lunga di quella dei singoli qubit fisici, segno inequivocabile che la correzione degli errori sta migliorando il sistema nel suo complesso.
Essendo il primo sistema sotto soglia, below threshold, secondo Google questo è il prototipo più convincente di qubit logico scalabile costruito finora. È un forte segno che è possibile costruire computer quantistici utili e molto grandi. Google è convinta che Willow avvicini all’esecuzione di algoritmi pratici e rilevanti dal punto di vista commerciale che non possono essere replicati sui computer convenzionali.
La prossima sfida per il settore – afferma Google – è dimostrare una prima computazione “utile, al di là del classico” sui chip quantistici di oggi, che sia rilevante per un’applicazione del mondo reale. Il team è ottimista sul fatto che la generazione di chip Willow possa aiutare Google Quantum AI a raggiungere questo obiettivo. Finora sono stati condotti due tipi di esperimenti distinti. Da un lato, il benchmark RCS, che misura le prestazioni rispetto ai computer classici ma non ha applicazioni reali conosciute. Dall’altro, simulazioni scientificamente interessanti di sistemi quantistici, che hanno portato a nuove scoperte scientifiche ma sono ancora alla portata dei computer classici. L’obiettivo del team è fare entrambe le cose allo stesso tempo: entrare nel regno degli algoritmi che sono al di là della portata dei computer classici e che sono utili per problemi reali e rilevanti dal punto di vista commerciale.
Maggiori informazioni sono disponibili nel blog di Google.
