Che cosa conta come milestone nel quantum computing, da 9 qubit a 53

La parola "milestone" nel quantum computing si usa con disinvoltura. Per capire che cosa dimostri davvero un annuncio, conviene tenere separate tre cose: quanti qubit ha un dispositivo, quanto sono buoni quei qubit e quale problema è stato chiesto alla macchina di risolvere.

I ricercatori di Google hanno fatto presto questa distinzione. Nell'aprile 2017 John Martinis, che guida il gruppo hardware quantistico di Google, ha detto a MIT Technology Review che il suo team aveva pochi mesi per raggiungere una meta che lui chiamava supremazia quantistica: un calcolo fuori dalla portata di qualsiasi computer convenzionale. All'epoca Google aveva costruito un chip a sei qubit disposti in una griglia due per tre. Serviva a verificare se i qubit funzionassero ancora quando messi uno accanto all'altro, e a testare un metodo di produzione che salda i qubit a cablaggi di controllo separati. Martinis ha detto che il team aveva bisogno di una griglia di 49 qubit per il vero esperimento di supremazia. Ha anche detto che i progetti per dispositivi da 30 a 50 qubit erano già in corso.

IBM ha risposto a novembre. Dario Gil, che guidava la divisione di ricerca sull'informatica quantistica e sull'intelligenza artificiale di IBM, ha detto che l'azienda aveva costruito e misurato un prototipo di processore a 50 qubit. Secondo l'Associated Press, lo ha descritto come la prima volta che un'azienda costruiva un computer quantistico a quella scala. Seth Lloyd, professore di ingegneria meccanica al MIT non coinvolto nel lavoro, ha detto all'AP che probabilmente rimanevano dei difetti, ma ha definito l'annuncio un segno di progresso significativo.

Il numero di qubit non è tutta la storia

A dicembre 2017 Martinis contestava il modo in cui la corsa veniva raccontata. Parlando alla conferenza Q2B al NASA Ames, ripreso da Gizmodo, ha detto che i comunicati stampa parlano sempre della corsa quantistica in termini di numero di qubit, e che la qualità dei qubit conta quanto la quantità. Google stava allora fabbricando il suo dispositivo per la supremazia da 49 o 50 qubit, con i test che sarebbero iniziati entro due settimane, ha detto. La conferenza ha richiamato rappresentanti di Volkswagen, Airbus, Citibank, Emerson e Atos, insieme a società di venture capital, tutti ad ascoltare interventi su ottimizzazione e machine learning. Il teorico del Caltech John Preskill ha usato l'evento per descrivere il periodo attuale come era NISQ, acronimo di computer quantistici Noisy, Intermediate-Scale.

Più tardi IBM ha sostenuto che il settore aveva bisogno di un tabellone migliore dei semplici conteggi di qubit. Al March Meeting dell'American Physical Society del 2019, ha riferito ZDNET, IBM ha detto che il suo Q System One, un processore a 20 qubit, aveva raggiunto un Quantum Volume di 16, il doppio del Quantum Volume di 8 registrato dal precedente sistema IBM Q. Il Quantum Volume è una metrica composita che copre numero di qubit, connettività e tempo di coerenza. Tiene conto anche degli errori di gate e di misura, del cross talk del dispositivo e dell'efficienza del compilatore. IBM ha detto che il valore avrebbe dovuto raddoppiare ogni anno per raggiungere il Quantum Advantage entro il prossimo decennio, il punto in cui le applicazioni quantistiche offrono vantaggi significativi rispetto ai computer classici.

Poi è arrivata la rivendicazione di supremazia vera e propria. Fortune ha ottenuto una copia di un articolo di Google pubblicato su NASA.gov prima di essere rimosso. Il 20 settembre 2019 ha riferito che l'azienda sosteneva che il suo processore Sycamore a 53 qubit avesse eseguito un compito di campionamento in circa 200 secondi, un compito che avrebbe richiesto a un supercomputer d'avanguardia circa 10.000 anni. Una fonte di Google ha detto a Fortune che la NASA aveva pubblicato l'articolo in anticipo, prima della peer review. Google all'epoca ha rifiutato di confermare l'autenticità dell'articolo.

Non tutti hanno accettato quella impostazione. Dario Gil, ormai a capo di IBM Research, ha detto a Fortune che l'esperimento era un caso altamente speciale, un esperimento di laboratorio senza applicazioni pratiche. I computer quantistici, ha aggiunto, avrebbero lavorato insieme alle macchine classiche invece di regnare su di esse. Jim Clarke, direttore dell'hardware quantistico di Intel Labs, lo ha definito un notevole punto di riferimento e ha detto che un computer quantistico commercialmente valido avrebbe richiesto molti altri progressi nella ricerca e nello sviluppo.

Nature ha pubblicato il lavoro nell'ottobre 2019. Il post sul blog di Google ha descritto il risultato dei 200 secondi come il momento "hello world" che il settore aspettava, e ha osservato che ci sono voluti 13 anni per arrivarci, a partire dall'esplorazione del 2006 di Hartmut Neven sul quantum computing per il machine learning. Lo stesso post era esplicito sui limiti: sarebbero passati molti anni prima che potesse essere implementata una gamma più ampia di applicazioni reali. Martinis aveva fatto un punto simile nel 2017, dicendo che l'esperimento sarebbe stata una milestone accademica e che i processori quantistici avrebbero dovuto essere molto più grandi di 50 qubit per fare un lavoro utile.