Il 'cavallo nero' del calcolo quantistico diventa universale, il DOE fissa il 2028

Il risultato, frutto della collaborazione tra la Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, Harvard, la Stony Brook University e Quantinuum, è stato pubblicato su Nature e riportato da ScienceDaily il 25 settembre. Il team ha creato e manipolato anyoni non abeliani all'interno di un circuito a ioni intrappolati a 54 qubit. Ha poi combinato due operazioni, braiding e fusione, per mostrare che l'approccio può supportare qualsiasi algoritmo quantistico.

I computer quantistici sono fragili. Gli ingegneri proteggono normalmente le informazioni distribuendole su molti qubit fisici, ma quei codici corretti per errori non forniscono tutte le operazioni necessarie per il calcolo generale. La soluzione standard è preparare speciali "stati magici" attraverso un processo di purificazione chiamato distillazione, che può consumare una parte significativa dei qubit di una macchina.

"Abbiamo dimostrato un cosiddetto set di porte universale, il che significa che se si memorizza l'informazione in queste versioni emergenti di quark e le si muove, si può eseguire qualsiasi calcolo quantistico si desidera", ha detto Ruben Verresen, professore associato di ingegneria molecolare presso la PME di UChicago e coautore, secondo ScienceDaily.

Gli anyoni non abeliani non si trovano come particelle autonome. Gli scienziati li costruiscono intrecciando molti qubit ordinari in uno stato collettivo che si comporta come una nuova particella con le sue regole. Ogni anyon porta uno stato interno che cambia quando uno viene spostato attorno a un altro, e l'ordine di quei movimenti porta l'informazione. Nel 2024, un team che includeva Verresen ha creato anyoni legati a un gruppo di simmetria chiamato D4 su una macchina Quantinuum, ma il solo braiding non poteva coprire ogni operazione.

"I codici non abeliani sono un cavallo nero nella corsa alla correzione degli errori quantistici", ha detto Henrik Dreyer, direttore generale e responsabile scientifico dell'ufficio di Monaco di Quantinuum e coautore. "In questo lavoro mostriamo il primo set di porte universale in un codice non abeliano, il che dimostra che i calcoli tolleranti ai guasti possono in linea di principio essere eseguiti senza ricorrere alla distillazione o coltivazione di stati magici."

Il nuovo esperimento è passato a un gruppo di simmetria chiamato S3, le rotazioni e riflessioni che lasciano invariato un triangolo equilatero, e lo ha eseguito su 54 qubit entangled. Il pacchetto del 27 settembre di ScienceDaily elenca l'articolo tra le notizie sul calcolo quantistico della settimana.

Washington fissa una data per le macchine utili

Il 27 settembre, Fermilab ha pubblicato il rapporto del comitato SCAC Quantum del Dipartimento dell'Energia, "Path to an Integrated Quantum Future". Il rapporto, guidato da un sottocomitato presieduto da Anna Grassellino, chief technology officer di Fermilab, con Supratik Guha, professore dell'Università di Chicago, come vice presidente, fissa un percorso basato su traguardi per dimostrare un computer quantistico corretto per errori e rilevante scientificamente entro il 2028. Schizza anche una visione a lungo termine per una dedicata Quantum Computing User Facility.

Le sue tre fasi vanno dalle competitive "Quantum Grand Challenges" tra il 2026 e il 2028, passando per la pianificazione della struttura per utenti, fino a un futuro quantistico integrato dal 2030 in poi. Il documento sostiene che il successo dovrebbe essere misurato dall'utilità scientifica, non dal conteggio dei qubit, e che il DOE dovrebbe rimanere neutrale rispetto alla tecnologia.

Le roadmap del settore stanno già convergendo su scadenze simili. IBM ha detto il 19 agosto di aver unito e raffreddato due moduli criogenici in un singolo ambiente, un passo verso il collegamento di centinaia di chip quantistici. I moduli sono alti e larghi più di 8 piedi, si raffreddano a 4 Kelvin in meno di cinque giorni e raggiungono meno di 15 millikelvin poco dopo, secondo l'annuncio dell'azienda. IBM prevede di collegare più processori in una macchina con almeno 1.000 qubit programmabili entro il 2027, sulla strada verso il tollerante ai guasti IBM Quantum Starling nel 2029.

Anche i conteggi dei qubit logici si stanno muovendo. Interesting Engineering ha riportato che la macchina Sqale di Infleqtion ha dimostrato 30 qubit logici entangled utilizzando 80 qubit fisici, il che secondo l'azienda la rende il primo sistema a atomi neutri a raggiungere quel traguardo su una piattaforma commerciale. L'amministratore delegato Matt Kinsella ha detto che l'azienda mira a 100 qubit logici entro il 2028.

Simulazione e orbita

L'hardware quantistico viene anche indirizzato a problemi di fisica. ScienceDaily ha riportato il 26 settembre che un team guidato da Duke ha utilizzato un simulatore quantistico a 13 ioni per riprodurre la rottura delle stringhe, un processo legato alla formazione delle particelle nell'universo primordiale. Il lavoro è stato pubblicato il 23 settembre su Nature Physics. Christopher Monroe, che ha guidato la ricerca, ha detto che le simulazioni quantistiche offrono la migliore piattaforma disponibile per indagare la formazione della materia, a parte assistere al Big Bang.

Lontano dal laboratorio, The Next Web ha riportato il 28 settembre che l'indiana startup TakeMe2Space lancerà il suo satellite MOI-1A su un volo rideshare di SpaceX il 1 ottobre. L'azienda lo chiama il primo satellite di calcolo orbitale dell'India, che trasporta chip edge Nvidia Orin NX e circa 150 watt di potenza, con 23 clienti prenotati. Sostituisce MOI-1, perso il 12 gennaio quando il terzo stadio del PSLV-C62 di ISRO è fallito.

I due filoni, una migliore correzione degli errori e scadenze sostenute dal governo, condividono ora un calendario. Se la fisica rispetterà quella scadenza è la domanda aperta.