Google, IBM e il traguardo quantistico che continua a spostarsi

La parola "traguardo" ha fatto molta strada nel calcolo quantistico. L'annuncio di Google sulla supremazia quantistica, pubblicato nel numero per i 150 anni di Nature nell'ottobre 2019, è il più clamoroso. Non è l'unico, e non è quello che chiude la questione.

La dichiarazione in sé è circoscritta e precisa. Secondo il post sul blog di Google, la macchina Sycamore ha eseguito un calcolo di prova in 200 secondi, mentre i migliori algoritmi conosciuti sui supercomputer più potenti impiegherebbero migliaia di anni per ripeterlo. Nel paper, riportato da Fortune il 20 settembre 2019, i ricercatori sono più precisi: il processore ha impiegato circa 200 secondi per campionare un milione di volte una singola istanza del circuito quantistico, mentre un supercomputer all'avanguardia avrebbe bisogno di circa 10.000 anni per il compito equivalente. Lo stesso paper 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 del paper dopo che era comparso brevemente su NASA.gov ed era stato rimosso. Il Financial Times ha dato per primo la notizia. Un portavoce di Google ha rifiutato di confermare l'autenticità del documento. Una fonte interna a Google ha suggerito che NASA lo avesse pubblicato in anticipo, prima della peer review, un processo che può richiedere settimane o mesi.

Due anni di annunci, una parola contestata

IBM ci 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 bit quantistici. Dario Gil, che guidava la divisione di ricerca di IBM sul calcolo quantistico e l'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 correggere, ma ha definito l'annuncio un segno di progresso significativo.

Il percorso di Google verso quella scala è passato per chip più piccoli. Nell'aprile 2017 MIT Technology Review ha riferito che John Martinis, a capo del 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 chip più recente ne aveva sei in una configurazione due per tre. Martinis ha detto di aver bisogno di una griglia di 49 qubit per l'esperimento. I progetti da 30 a 50 qubit erano già in corso.

A 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 quantistica in termini di 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 in programma entro due settimane.

La macchina finale è stata un processore a 53 qubit chiamato Sycamore, ridimensionato rispetto a un progetto da 72 qubit chiamato Bristlecone. Il post sul blog di Google ha presentato il risultato come il momento "hello world" che il settore aspettava, ammettendo però che passeranno molti anni prima che si possa mettere in pratica un insieme più ampio di applicazioni reali.

Cosa non misura il traguardo

Dario Gil di IBM ha detto a Fortune che l'esperimento era un caso di laboratorio 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 saranno mai 'supremi' rispetto a quelli classici, ma lavoreranno insieme a loro, perché ciascuno ha i propri punti di forza."

Jim Clarke, direttore dell'hardware quantistico di Intel Labs, ha definito l'aggiornamento un indicatore notevole 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 stato "un traguardo accademico". "Dopo, devi comunque capire come renderlo più scalabile e programmabile", ha detto.

Anche il lavoro di IBM sulle metriche va nella stessa direzione. Alla March Meeting della American Physical Society del 2019, IBM ha indicato un Quantum Volume di 16 per il suo Q System One a 20 qubit, il doppio del Quantum Volume di 8 del 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 dovrebbe raddoppiare ogni anno per raggiungere il Quantum Advantage, il punto in cui le applicazioni quantistiche offrono vantaggi significativi rispetto ai computer classici, nel prossimo decennio. IBM raddoppia la potenza dei suoi computer quantistici ogni anno dal 2017.

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

Questa è la parte ancora non verificata. La corsa di 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.