Il qubit, o bit quantistico, è l'unità di informazione fondamentale nella computazione quantistica. Si tratta un po' dell'"evoluzione" del bit classico proprio della computazione tradizionale.
Mentre un bit classico può essere in uno stato di 0 o 1, il qubit può esistere in uno stato di 0, 1 o in una sovrapposizione quantistica di entrambi gli stati contemporaneamente. I qubit possono essere inoltre correlati tramite uno stato quantistico noto come entanglement, che consente la creazione di correlazioni quantistiche tra qubit reciprocamente distanti.
Abbiamo già visto perché l'evoluzione da bit a qubit rappresenta un passaggio storico, una vera e propria pietra miliare nel cambio di passo del computing, almeno come lo abbiamo conosciuto fino ad oggi. La capacità di sfruttare le proprietà quantistiche per eseguire calcoli in parallelo su un gran numero di possibili stati simultaneamente, offre enormi vantaggi rispetto alla computazione classica in determinati ambiti. In un altro articolo abbiamo visto quali problemi può risolvere un computer quantistico.
Qubit logici più affidabili: tasso di errore 800 volte migliore di quello dei qubit fisici
La computazione quantistica rappresenta la nuova frontiera nell'elaborazione delle informazioni perché offre la possibilità di risolvere problemi che sarebbero proibitivi o addirittura impossibili da risolvere con i computer classici. Tra le sfide che i computer quantistici permettono di affrontare e, in ottica futura, di risolvere, ci sono lo studio di sistemi complessi (con evidenti benefici nei campi della ricerca medica e scientifica, farmaceutica, dei nuovi materiali, della chimica…), la fattorizzazione di grandi numeri primi (fondamentale per la crittografia), l'ottimizzazione dei processi e altro ancora.
Microsoft e Quantinuum annunciano di aver congegnato i "qubit logici più affidabili di sempre", con un tasso di errore 800 volte migliore rispetto a quello dei qubit fisici. I qubit sono soggetti a instabilità ed errori per diversi motivi, che derivano dalle delicate proprietà quantistiche che li caratterizzano. Possono interagire con l'ambiente circostante, con un fenomeno di decoerenza che può portare alla compromissione delle delicate sovrapposizioni tra gli stati quantistici. Inoltre, le operazioni logiche sui qubit (gate quantistici) sono soggette a errori dovuti a imperfezioni nel controllo degli stati quantistici. Anche piccoli errori possono propagarsi e influenzare significativamente i risultati finali dei calcoli.
Ci sono poi errori di misura dovuti a disturbi esterni o a imperfezioni nelle apparecchiature di rilevazione, possono crearsi sovrapposizioni indesiderate ed evidenziarsi problemi di codifica. Tutti aspetti che concorrono a introdurre instabilità nel sistema.
La gestione del rumore è cruciale per il corretto funzionamento di un computer quantistico
Una delle sfide più importanti per il quantum computing è il rumore. Come accennato in precedenza, il rumore si riferisce a qualsiasi interferenza indesiderata o variazione casuale che può influenzare l'accuratezza e l'affidabilità dei qubit e delle operazioni quantistiche. Questo rumore può derivare da una varietà di fonti, inclusi fattori ambientali, imperfezioni nei componenti hardware e dagli errori nei processi di controllo e misurazione.
Senza la gestione del rumore, un computer quantistico non può superare le capacità di un computer classico. Microsoft e Quantinuum sono riuscite a creare quattro qubit logici altamente affidabili partendo da soli 30 qubit fisici.
Applicando il rivoluzionario sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft, con diagnostica e correzione degli errori, al processore a qubit con "trappola ionica" H2 di Quantinuum, si sono potuti eseguire più di 14.000 esperimenti individuali senza un solo errore non corretto.
Questo significa che i sistemi basati su qubit logici possono eseguire calcoli più articolati e complessi, con una maggiore precisione e affidabilità. Il tasso di errore estremamente basso di questi qubit logici – solo un errore ogni 100.000 esecuzioni – rappresenta un enorme miglioramento rispetto ai metodi convenzionali che utilizzano solo qubit fisici. Jennifer Strabley di Quantinuum ha sottolineato che questa riduzione degli errori di 800 volte rappresenta il livello più basso mai raggiunto.
Creazione di un sistema di supercalcolo ibrido
Le funzionalità avanzate basate sui qubit logici appena introdotti da Microsoft e Quantinuum, saranno disponibili in anteprima privata per i clienti cloud di Azure Quantum Elements nei prossimi mesi.
Si tratta di un balzo in avanti che apre la strada alla costruzione di un ecosistema quantistico al servizio, in primis, del mondo scientifico e dei ricercatori. L'obiettivo, nel breve termine, consiste nella realizzazione di un sistema di supercalcolo ibrido, in grado di trasformare la ricerca e l'innovazione in molti settori.
Con un supercomputer ibrido alimentato da un centinaio di qubit logici affidabili, le aziende potrebbero riscontrare un vantaggio scientifico, mentre grazie all'utilizzo di un migliaio di qubit logici affidabili sarebbero in grado di ottenere un vantaggio commerciale.
Il concetto di qubit logico svelato da Microsoft e Quantinuum contribuisce quindi ad avvicinare il futuro, contribuendo a superare il problema della correzione degli errori che ha fino ad oggi severamente limitato lo sviluppo di computer quantistici affidabili.
Credit immagine in apertura: Quantinuum.