I traguardi quantistici di Google e IBM e la lunga strada verso macchine utili

La rivendicazione di Google, basata su un articolo scientifico ottenuto da Fortune e successivamente pubblicato da Nature, si fonda su un esperimento eseguito su un processore a 53 qubit denominato Sycamore. L'azienda dichiara che il chip ha campionato un circuito generato casualmente un milione di volte in circa 200 secondi. Secondo le stime, un supercomputer all'avanguardia impiegherebbe circa 10.000 anni per completare lo stesso compito.

Questo divario è l'intero punto. Fortune ha ottenuto il manoscritto prima che la NASA lo pubblicasse brevemente online. I ricercatori di Google hanno scritto che "l'accelerazione quantistica è raggiungibile in un sistema reale e non è preclusa da alcuna legge fisica nascosta".

Il risultato non è apparso dal nulla. Nell'aprile 2017, MIT Technology Review ha riferito che John Martinis, fisico a capo del gruppo quantistico di Google, si era fissato la fine di quell'anno come termine per raggiungere lo stesso traguardo. All'epoca il suo team disponeva di un chip a sei qubit, disposti in una griglia due per tre. Il dispositivo testava un metodo di fabbricazione in cui i qubit e il cablaggio di controllo vengono costruiti su chip separati e poi uniti tramite bump bonding. Martinis ha spiegato che l'approccio serviva a eliminare le linee di controllo aggiuntive, che possono interferire con il funzionamento dei qubit. Ha inoltre dichiarato di aver bisogno di una griglia di 49 qubit per l'esperimento sulla supremazia, e che i progetti per 30 e 50 qubit erano già in corso.

IBM arriva prima a 50 qubit, poi mette in dubbio la metrica

Google non era l'unica. Nel novembre 2017, l'Associated Press ha riferito che IBM aveva costruito e misurato un prototipo di processore con 50 qubit. Dario Gil, che guidava la divisione di ricerca su quantum computing e intelligenza artificiale di IBM, lo ha definito il primo caso in cui un'azienda costruiva un computer quantistico su quella scala. Seth Lloyd, professore di ingegneria meccanica al MIT non coinvolto nel lavoro, ha detto all'AP che IBM aveva probabilmente ancora difetti da risolvere, ma che l'annuncio segnalava un progresso significativo.

Nel marzo 2019, IBM spingeva su un altro parametro. ZDNET ha riferito che Q System One di IBM, un processore a 20 qubit, aveva prodotto un Quantum Volume di 16, il doppio del Quantum Volume di 8 registrato dal precedente sistema IBM Q. Il Quantum Volume tiene conto del numero di qubit, della connettività e del tempo di coerenza, oltre agli errori di gate e di misurazione, al cross talk tra dispositivi e all'efficienza del compilatore. IBM ha affermato che la metrica avrebbe dovuto raddoppiare ogni anno per raggiungere il Quantum Advantage entro un decennio, e che aveva raddoppiato la potenza dei suoi computer quantistici ogni anno dal 2017.

Quando l'articolo di Google è emerso nel settembre 2019, Gil di IBM è stato diretto. Ha detto a Fortune che l'esperimento era un caso altamente particolare, un "esperimento di laboratorio" con "nessuna applicazione pratica", e ha sconsigliato di usare la supremazia quantistica come metrica di progresso. "I computer quantistici non regneranno mai 'supremi' su quelli classici, ma lavoreranno piuttosto in concerto con essi, poiché ciascuno ha i propri punti di forza", ha dichiarato.

Jim Clarke, direttore dell'hardware quantistico di Intel Labs, ha definito l'aggiornamento di Google "un notevole traguardo" e ha affermato che un computer quantistico commercialmente valido richiederebbe molti più progressi nella ricerca e nello sviluppo. "Sebbene lo sviluppo sia ancora al primo miglio di questa maratona, crediamo fermamente nel potenziale di questa tecnologia", ha detto.

Il resoconto di Google, pubblicato sul suo blog nell'ottobre 2019, era prudente sui limiti. L'azienda ha descritto il risultato come un momento "hello world" e ha affermato che sarebbero passati molti anni prima che si potesse implementare un insieme più ampio di applicazioni reali. Ha inquadrato il lavoro come uno sforzo di 13 anni. È iniziato nel 2006, quando lo scienziato di Google Hartmut Neven ha cominciato a esplorare il calcolo quantistico per l'apprendimento automatico, ed è proseguito nel 2014, quando si sono uniti Martinis e il suo team dell'Università della California, Santa Barbara.

Il divario tra un traguardo e un prodotto non è un dettaglio tecnico. I processori quantistici dovrebbero essere molto più grandi di 50 qubit per svolgere un lavoro utile, e la correzione degli errori resta irrisolta su larga scala. Chris Monroe, professore all'Università del Maryland e cofondatore della startup IonQ, ha dichiarato a MIT Technology Review nel 2017 che l'esperimento sulla supremazia sarebbe stato "un traguardo accademico". La sua valutazione di ciò che sarebbe venuto dopo: "Dopodiché devi ancora capire come renderlo più scalabile e programmabile".