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

La tesi di Google è in un articolo scientifico che Fortune ha ottenuto e che Nature ha poi pubblicato. Alla base c'è un esperimento su un processore a 53 qubit chiamato Sycamore. L'azienda afferma che il chip ha campionato un circuito generato in modo casuale un milione di volte in circa 200 secondi. Secondo le sue stime, a un supercomputer all'avanguardia servirebbero circa 10.000 anni.

È proprio questo divario il punto centrale. Fortune ha ottenuto l'articolo prima che la NASA lo pubblicasse per breve tempo. I ricercatori di Google hanno scritto che "l'accelerazione quantistica è raggiungibile in un sistema reale e non è esclusa da alcuna legge fisica nascosta".

Il risultato non è arrivato dal nulla. Nell'aprile 2017, MIT Technology Review ha riferito che John Martinis, il fisico a capo del gruppo quantistico di Google, si era dato fino alla fine di quell'anno per raggiungere lo stesso traguardo. All'epoca il suo team aveva un chip a sei qubit, disposti due per tre. Il chip testava un metodo di produzione in cui i qubit e il loro cablaggio di controllo vengono costruiti su chip separati e poi uniti tramite bump bonding. Martinis ha detto che l'approccio serviva a eliminare le linee di controllo supplementari che possono interferire con il funzionamento dei qubit. Ha anche detto che gli sarebbe servita 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 sola. 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 la prima volta che 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 era un segno di 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 suo 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 detto che la metrica avrebbe dovuto raddoppiare ogni anno per raggiungere il Quantum Advantage entro un decennio, e che aveva raddoppiato ogni anno la potenza dei suoi computer quantistici 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 "esperimento di laboratorio" altamente particolare, con "nessuna applicazione pratica", e ha sconsigliato di usare la supremazia quantistica come metrica di progresso. "I computer quantistici non domineranno mai 'supremi' su quelli classici, ma lavoreranno piuttosto in concerto con essi, dato che ciascuno ha i propri punti di forza", ha detto.

Jim Clarke, direttore dell'hardware quantistico di Intel Labs, ha definito l'aggiornamento di Google "un notevole indicatore di percorso" e ha detto che un computer quantistico commercialmente valido richiederebbe molti più 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.

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 detto che sarebbero passati molti anni prima che si potesse realizzare una gamma più ampia 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 fare 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 parlato a MIT Technology Review nel 2017. 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".