Microsoft e Quantinuum hanno annunciato un importante traguardo per l'intero ecosistema quantistico: le due aziende hanno infatti dimostrato i qubit logici più affidabili mai registrati.
Applicando l'innovativo sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft, con diagnostica e correzione degli errori, all'hardware ion-trap di Quantinuum, le due aziende hanno eseguito più di 14.000 esperimenti individuali senza un singolo errore.
Inoltre, i team hanno dimostrato una maggiore affidabilità della computazione quantistica eseguendo la diagnostica e la correzione degli errori sui qubit logici senza distruggerli. Ciò – sostengono le aziende – fa finalmente uscire dall'attuale livello noisy intermediate-scale quantum (NISQ) per passare al Resilient quantum computing di livello 2.
Si tratta di una tappa fondamentale nel percorso verso la costruzione di un sistema di supercalcolo ibrido in grado di trasformare la ricerca e l'innovazione in molti settori. Questo è possibile grazie al progresso collettivo dell'hardware quantistico, della virtualizzazione e della correzione dei qubit e delle applicazioni ibride che sfruttano il meglio dell'intelligenza artificiale, del supercalcolo e delle capacità quantistiche.
Con un supercomputer ibrido alimentato da 100 qubit logici affidabili, spiegano Microsoft e Quantinuum, le organizzazioni inizierebbero a vedere un vantaggio scientifico, mentre avvicinandosi a 1.000 qubit logici affidabili si otterrebbe un vantaggio commerciale.
La principale carenza della maggior parte delle macchine NISQ di oggi, spiega Microsoft, è che i qubit fisici sono troppo rumorosi e soggetti a errori per rendere possibile una robusta correzione degli errori quantistici. I componenti fondamentali del settore non sono abbastanza buoni per far funzionare la correzione degli errori quantistici ed è per questo che anche i sistemi NISQ più grandi non sono pratici per le applicazioni del mondo reale.
Il compito dell'intero ecosistema quantistico è quello di aumentare la fedeltà dei qubit e di consentire l'elaborazione quantistica con tolleranza agli errori, in modo da poter utilizzare una macchina quantistica per sbloccare soluzioni a problemi precedentemente non gestibili. Bisogna cioè passare a qubit logici affidabili, creati combinando più qubit fisici in qubit logici per proteggere dal rumore e sostenere una computazione lunga (cioè resiliente). Ed è possibile ottenere questo risultato solo con un'attenta co-progettazione di hardware e software. Avendo a disposizione componenti hardware di alta qualità e capacità di gestione degli errori all'avanguardia, progettate per quella macchina, si possono ottenere risultati migliori di quelli che potrebbe dare ogni singolo componente. Ed è proprio questo che hanno fatto Microsoft e Quantinuum.
Ed è per questo che le due aziende lo definiscono un momento storico: per la prima volta nel settore, su sta passando dal quantum computing Level 1 Foundational al Level 2 Resilient.
Si sta cioè entrando, sottolinea Microsoft, nella fase successiva per risolvere problemi significativi con computer quantistici affidabili. Il sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft, che filtra e corregge gli errori, combinato con l'hardware di Quantinuum, ha dimostrato il maggior divario tra i tassi di errore fisico e logico finora registrati. Si tratta del primo sistema dimostrato con quattro qubit logici che migliora il tasso di errore logico rispetto a quello fisico di un tale ordine di grandezza.
Inoltre, cosa ancora più importante, si è ora in grado di diagnosticare e correggere gli errori nei qubit logici senza distruggerli: la cosiddetta "active syndrome extraction". Questo rappresenta un enorme passo avanti per il settore, mette in evidenza Microsoft, in quanto consente una maggiore affidabilità della computazione quantistica.
Con questo sistema, i due team hanno eseguito più di 14.000 esperimenti individuali senza alcun errore. Per saperne di più su questi risultati, è possibile consultare l'articolo tecnico del Microsoft Azure Quantum Blog.
"La correzione degli errori quantistici sembra spesso molto teorica. Ciò che colpisce in questo caso è il massiccio contributo del software midstack di Microsoft per l'ottimizzazione dei qubit al miglioramento dei tassi di errore. Microsoft sta davvero mettendo in pratica la teoria", ha dichiarato Dr. David Shaw, Chief Analyst, Global Quantum Intelligence,
"I risultati di oggi segnano un risultato storico e sono un meraviglioso riflesso di come questa collaborazione continui a spingere i confini dell'ecosistema quantistico. Con la correzione degli errori all'avanguardia di Microsoft allineata con il computer quantistico più potente del mondo e un approccio completamente integrato, siamo davvero entusiasti della prossima evoluzione delle applicazioni quantistiche e non vediamo l'ora di vedere come i nostri clienti e i nostri partner potranno beneficiare delle nostre soluzioni, soprattutto quando ci avvicineremo ai processori quantistici su scala", ha dichiarato Ilyas Khan, Fondatore e Chief Product Officer, Quantinuum.
Dal 2019 Microsoft collabora con Quantinuum per consentire agli sviluppatori quantistici di scrivere ed eseguire il proprio codice quantistico sulla tecnologia dei qubit a trappola ionica, che comprende misure ad alta fedeltà, a piena connettività e mid-circuit. Numerosi test di benchmark pubblicati riconoscono a Quantinuum i migliori volumi quantistici, rendendola ben posizionata per l'ingresso nel Livello 2.
L'hardware di Quantinuum ha una fedeltà fisica a due qubit del 99,8%. Questa fedeltà consente l'applicazione del sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft, con diagnostica e correzione degli errori, e ha reso possibile questo traguardo. Questo sistema quantistico, con la co-innovazione di Microsoft e Quantinuum, introducono nel livello 2 di resilienza.
Microsoft, infine, ha espresso l'intenzione di continuare a investire fortemente per andare oltre il Level 2, scalando al livello del supercomputing quantistico. Al livello 3, Microsoft si aspetta che sarà possibile risolvere alcuni dei problemi più impegnativi, in particolare in campi come la chimica e la scienza dei materiali, sbloccando nuove applicazioni che uniscono la quantistica su scala con il meglio del supercalcolo classico e dell'intelligenza artificiale, il tutto collegato nel cloud Azure Quantum.