La supremazia quantistica rivendicata da Google e la corsa ai traguardi che ne è seguita

La notizia è emersa da un articolo scientifico apparso su NASA.gov all'inizio di quella settimana e poi rimosso. Fortune, che ne ha ottenuto una copia, lo ha riferito il 20 settembre 2019; il Financial Times aveva dato per primo la notizia. Un portavoce di Google ha rifiutato di confermare l'autenticità dell'articolo e dei risultati. La NASA non ha risposto subito alla richiesta di un commento.

Una fonte di Google vicina alla vicenda ha detto che la NASA aveva pubblicato l'articolo per errore, in anticipo, prima che le affermazioni del team passassero la revisione paritaria. Una procedura che può richiedere da settimane a mesi. Il numero su cui poggia tutta la storia, 200 secondi contro 10.000 anni, è quindi arrivato al pubblico senza quella verifica. Ogni traguardo quantistico ha questa forma: una misurazione, un confronto con una macchina classica e una discussione su cosa significhi davvero quel confronto.

L'articolo del 2019 descriveva un esperimento che campionava numeri generati casualmente attraverso uno scenario specializzato basato su fenomeni quantistici. I ricercatori hanno detto che il loro computer quantistico ha battuto i computer normali in quel compito, che consisteva nel calcolare l'output di alcuni circuiti specializzati.

La macchina di Google, chiamata Sycamore, conteneva 53 qubit, una misura della potenza potenziale del dispositivo. Il team era sceso da un dispositivo a 72 qubit, Bristlecone, progettato in precedenza. I ricercatori hanno stimato che lo stesso esperimento su un server Google Cloud avrebbe richiesto 50.000.000.000.000 di ore, troppo a lungo per essere fattibile. Sul processore quantistico, hanno detto, ci sono voluti solo 30 secondi.

Due anni prima, un obiettivo di 49 qubit

L'ambizione non era nuova. Nell'aprile 2017, MIT Technology Review ha riferito che John Martinis, a capo del gruppo di ricerca quantistica di Google, si era dato solo pochi mesi per raggiungere un traguardo nella storia dell'informatica: un dispositivo in grado di eseguire un particolare calcolo oltre la portata di qualsiasi computer convenzionale. La prova, ha detto, sarebbe arrivata da una gara tra il chip di Google e uno dei più grandi supercomputer del mondo.

A quel punto il gruppo di Google, circa 25 persone, aveva un nuovo chip con sei qubit disposti in una configurazione due per tre. Secondo Martinis, la disposizione dimostrava che la tecnologia dell'azienda funzionava ancora quando i qubit erano affiancati, come sarebbero stati in dispositivi più grandi. Era anche un test di un metodo di produzione in cui i qubit e il cablaggio convenzionale che li controlla sono realizzati su chip separati e poi uniti tramite bump bonding. L'approccio serve a eliminare le linee di controllo extra che possono interferire con il funzionamento dei qubit. Google aveva pubblicato i risultati di un chip a nove qubit disposti in linea. Martinis ha detto che per l'esperimento di supremazia avrebbe avuto bisogno di una griglia di 49 qubit. I progetti per dispositivi con 30-50 qubit erano già in corso.

"Quel processo funziona tutto", ha detto Martinis a MIT Technology Review. "Ora siamo pronti a muoverci in fretta."

Non tutti consideravano l'obiettivo come il traguardo finale. Chris Monroe, professore all'Università del Maryland e cofondatore della startup IonQ, lo ha definito "un traguardo accademico" e ha aggiunto: "Dopo, devi ancora capire come renderlo più scalabile e programmabile." Martinis ha convenuto che restava molto da fare, ma ha sostenuto che l'esperimento poteva diventare un punto di riferimento per chiunque affermasse di avere un computer quantistico funzionante. Ha anche detto che l'obiettivo ha aiutato i manager di Google, e il cofondatore Sergey Brin, a capire che la tecnologia stava diventando reale.

La contromossa di IBM e una metrica diversa

IBM aveva il suo annuncio. 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, a capo della 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 nella ricerca, ha detto che IBM aveva probabilmente ancora difetti da risolvere, ma che l'annuncio era un segno di progresso significativo.

Nel marzo 2019, IBM sosteneva che il conteggio dei qubit non dovesse essere la misura principale. All'American Physical Society March Meeting, l'azienda ha delineato un Quantum Volume di 16 per il suo Q System One, che ha un processore a 20 qubit, il doppio del Quantum Volume di 8 del suo sistema IBM Q esistente. Il Quantum Volume è determinato dal numero di qubit, dalla connettività e dal tempo di coerenza, oltre che dagli errori di gate e di misurazione, dal cross talk del dispositivo e dall'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.

L'obiezione di Gil alla cornice della supremazia era netta. "L'esperimento e il termine 'supremazia' saranno fraintesi da quasi tutti", ha detto a Fortune, descrivendo il lavoro come un esperimento di laboratorio altamente speciale con "nessuna applicazione pratica". Ha aggiunto: "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 di Google "un notevole indicatore di chilometraggio" e ha detto che un computer quantistico commercialmente valido avrebbe richiesto molti progressi in ricerca e sviluppo. "Mentre lo sviluppo è ancora al primo miglio di questa maratona, crediamo fermamente nel potenziale di questa tecnologia", ha detto.

I ricercatori di Google erano più fiduciosi sul breve termine. "Come risultato di questi sviluppi, il calcolo quantistico sta passando da argomento di ricerca a tecnologia che apre nuove capacità computazionali", hanno scritto nell'articolo, aggiungendo: "Siamo a un solo algoritmo creativo di distanza da applicazioni preziose a breve termine."