Google, IBM e la pietra miliare quantistica che continua a spostarsi

Nel calcolo quantistico la parola "pietra miliare" ha lavorato parecchio. La rivendicazione della supremazia quantistica di Google, pubblicata nel numero del 150° anniversario di Nature nell'ottobre 2019, è la più clamorosa. Non è l'unica, e non è quella che chiude la discussione.

La rivendicazione in sé è ristretta e specifica. Secondo il post sul blog di Google, la sua macchina Sycamore ha eseguito un calcolo di prova in 200 secondi che i migliori algoritmi noti sui supercomputer più potenti avrebbero impiegato migliaia di anni a replicare. Nell'articolo, riportato da Fortune il 20 settembre 2019, i ricercatori sono stati più precisi. Il processore impiegava circa 200 secondi per campionare un milione di volte una singola istanza del circuito quantistico. Un supercomputer all'avanguardia, per il compito equivalente, avrebbe richiesto circa 10.000 anni. Lo stesso articolo stimava che eseguire l'esperimento su un server di Google Cloud avrebbe richiesto 50.000.000.000.000 di ore.

Fortune ha ottenuto una copia dell'articolo dopo che era apparso brevemente su NASA.gov ed era stato rimosso. Il Financial Times ha riportato per primo la notizia. Un portavoce di Google ha rifiutato di confermare l'autenticità dell'articolo. Una fonte di Google ha suggerito che la NASA lo avesse pubblicato in anticipo, prima della revisione paritaria, un processo che poteva richiedere settimane o mesi.

Due anni di rivendicazioni, una parola contestata

IBM è arrivata prima con un numero, se non con la stessa parola. Il 10 novembre 2017, l'Associated Press ha riferito che gli scienziati di IBM avevano costruito e misurato un prototipo di processore con 50 qubit. Dario Gil, che guidava la divisione di ricerca di IBM sul calcolo quantistico e sull'intelligenza artificiale, ha detto che era 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 che IBM aveva probabilmente ancora difetti da risolvere, ma ha definito l'annuncio un segno di progresso significativo.

Il percorso di Google verso quella scala è passato attraverso chip più piccoli. Nell'aprile 2017, MIT Technology Review ha riferito che John Martinis, che guida il gruppo di ricerca quantistica di Google, si era dato fino alla fine di quell'anno per raggiungere la supremazia quantistica. Il team aveva un chip a nove qubit disposti in linea, e il suo chip più recente aveva sei qubit in una configurazione due per tre. Martinis ha detto che gli serviva una griglia di 49 qubit per l'esperimento. I progetti per 30-50 qubit erano già in corso.

Nel dicembre 2017, Martinis diceva a una conferenza al NASA Ames che il numero di qubit era il titolo sbagliato. "I comunicati stampa parlano sempre di corsa allo spazio quantistico in numero di qubit", ha detto, secondo Gizmodo. "È una questione di quantità, ma anche di qualità dei qubit." Google stava allora fabbricando il suo dispositivo da 49 o 50 qubit, con i test che sarebbero iniziati entro due settimane.

La macchina finale è stata un processore a 53 qubit chiamato Sycamore, ridimensionato da un progetto a 72 qubit chiamato Bristlecone. Il post sul blog di Google ha inquadrato il risultato come il momento "hello world" che il campo aspettava, ammettendo al contempo che passeranno molti anni prima che si possa implementare un insieme più ampio di applicazioni reali.

Cosa non misura la pietra miliare

Dario Gil di IBM ha detto a Fortune che l'esperimento era un esperimento di laboratorio in un caso altamente speciale, senza applicazioni pratiche, e ha sconsigliato di usare la supremazia quantistica come metrica di progresso. "L'esperimento e il termine 'supremazia' saranno fraintesi da quasi tutti", ha detto. "I computer quantistici non regneranno mai 'supremi' su quelli classici, ma lavoreranno piuttosto in concerto con essi, poiché ciascuno ha i suoi punti di forza unici."

Jim Clarke, direttore dell'hardware quantistico di Intel Labs, ha definito l'aggiornamento un notevole indicatore di percorso e ha detto che un computer quantistico commercialmente valido richiederebbe prima molti progressi nella ricerca e nello sviluppo. "Anche se lo sviluppo è ancora al primo miglio di questa maratona, crediamo fermamente nel potenziale di questa tecnologia", ha detto.

Quella cautela ha una storia. Chris Monroe, professore all'Università del Maryland e cofondatore della startup IonQ, ha detto a MIT Technology Review nel 2017 che la supremazia sarebbe stata "una pietra miliare accademica". "Dopodiché devi ancora capire come renderla più scalabile e programmabile", ha detto.

Anche il lavoro di IBM sulle metriche punta nella stessa direzione. Alla riunione di marzo 2019 dell'American Physical Society, IBM ha delineato un Quantum Volume di 16 per il suo Q System One a 20 qubit, il doppio del Quantum Volume di 8 per il suo sistema IBM Q allora in uso. Il Quantum Volume tiene conto del numero di qubit, della connettività e del tempo di coerenza, oltre agli errori di gate e di misurazione, alla diafonia del dispositivo e all'efficienza del compilatore software dei circuiti. IBM ha detto che il Quantum Volume avrebbe dovuto raddoppiare ogni anno per raggiungere il Quantum Advantage, il punto in cui le applicazioni quantistiche offrono vantaggi significativi rispetto ai computer classici, entro il prossimo decennio. IBM ha raddoppiato la potenza dei suoi computer quantistici ogni anno dal 2017.

La conclusione dell'articolo di Google è più ambiziosa dell'esperimento. I ricercatori hanno previsto che la potenza di calcolo quantistico crescerà a un tasso doppiamente esponenziale, superando il tasso esponenziale che ha definito la legge di Moore. Hanno anche scritto: "Siamo solo a un algoritmo creativo di distanza da applicazioni a breve termine di valore."

Questa è la parte ancora non testata. L'esecuzione da 200 secondi è un dato. Il confronto con i 10.000 anni è un dato. Nessuno dei due dice a un'azienda cosa fare lunedì.