Il Nighthawk r2 di IBM rivendica il vantaggio quantistico in 19 secondi

ScienceAlert ha riferito il 29 settembre che il paper mette un chip superconduttivo a 120 qubit su una piattaforma cloud disponibile commercialmente e misura quanto velocemente riesca a superare l'hardware classico in un compito chiamato campionamento di circuiti casuali.

La rivendicazione conta perché arriva senza le solite cautele su calibrazioni personalizzate o accessi privilegiati. Il gruppo, guidato dal fisico teorico della materia condensata Tigran Sedrakyan di BlueQubit, ha selezionato 61 dei qubit del Nighthawk r2 e ha eseguito circuiti casuali di complessità crescente, fino a 40 cicli, usando il flusso di lavoro cloud standard della piattaforma. Non è stata applicata alcuna regolazione speciale. Il punto ottimale è emerso a 36 cicli, con 918 porte a due qubit. Con questa impostazione il processore ha prodotto un milione di campioni in 19 secondi. Gli autori del paper scrivono che, per quanto ne sanno, è la prima dimostrazione di vantaggio quantistico per un campionamento di circuiti casuali ordinario su un processore quantistico accessibile commercialmente e su larga scala, che utenti non esperti possono replicare facilmente.

Perché 110 anni è una stima, non un verdetto

Nessuno ha messo lo stesso compito su un supercomputer. Non funziona così. Il compito è pensato per essere quasi impossibile per l'hardware classico, e le macchine più veloci del mondo sono prenotate fitte. Per questo i ricercatori si sono affidati alla contrazione di reti tensoriali, una tecnica che stima il costo computazionale di simulare un circuito quantistico.

Con quel metodo hanno calcolato che riprodurre il loro milione di campioni richiederebbe circa 1,2 x 10^27 operazioni computazionali. Frontier, il primo supercomputer exascale e il più veloce fino al 2024, supera il picco di un quintilione di operazioni al secondo. Con una lettura prudente delle sue prestazioni sostenute, i ricercatori hanno stimato l'equivalente in circa 110 anni.

"Per quanto ne sappiamo", scrivono i ricercatori in un paper guidato dal fisico teorico della materia condensata Tigran Sedrakyan di BlueQubit, "questa è la prima dimostrazione di vantaggio quantistico per un campionamento di circuiti casuali ordinario su un processore quantistico accessibile commercialmente e su larga scala, che la maggior parte degli utenti non esperti di computer quantistici può replicare facilmente."

ScienceAlert è prudente sul numero, e i lettori dovrebbero esserlo altrettanto. I 110 anni non sono un limite di velocità fondamentale per i computer classici. Sono una stima legata a un metodo di riproduzione dell'esperimento. I ricercatori classici hanno un curriculum di scorciatoie trovate, e algoritmi più efficienti potrebbero ridurre il lavoro necessario. Sedrakyan e colleghi riconoscono questa possibilità nel paper. La loro rivendicazione è più ristretta: questo particolare compito, su questo particolare hardware, resta oltre la portata pratica di una macchina classica con le tecniche note.

Per contesto, la gara in sé non è nuova. I ricercatori di UC Berkeley hanno posto le basi teoriche per il campionamento di circuiti casuali nel 2018. Il processore Sycamore a 53 qubit di Google ha avanzato una rivendicazione simile nel 2019, e i ricercatori classici hanno passato gli anni successivi a eroderla. Quello che è cambiato è il veicolo di consegna: un servizio cloud commerciale, non un apparato di laboratorio su misura.

La stessa settimana, colmato un divario di misurazione di 25 anni

Lo stesso giorno in cui ScienceAlert ha pubblicato, l'Università di Kyoto ha annunciato un risultato separato, che non ha nulla a che fare con i record di velocità e tutto a che fare con la misurazione. Secondo ScienceDaily del 29 settembre, i ricercatori dell'Università di Kyoto e dell'Università di Hiroshima hanno sviluppato e dimostrato sperimentalmente una misurazione entangled in grado di identificare gli stati W, una forma di entanglement multi-fotone che aveva resistito a questo trattamento per decenni.

La misurazione entangled è un'alternativa in un colpo solo alla tomografia quantistica, che ricostruisce uno stato da molte misurazioni e i cui requisiti di dati crescono esponenzialmente con ogni fotone aggiunto. Gli scienziati ci erano già riusciti per lo stato GHZ, un'altra forma ben nota di entanglement multi-fotone. Lo stato W non aveva un metodo comparabile, né proposto né dimostrato.

"Più di 25 anni dopo la proposta iniziale sulla misurazione entangled per gli stati GHZ, abbiamo finalmente ottenuto anche la misurazione entangled per lo stato W, con una vera dimostrazione sperimentale per stati W a 3 fotoni", afferma l'autore corrispondente Shigeki Takeuchi.

Il gruppo ha costruito il proprio approccio sulla simmetria di spostamento ciclico, una proprietà matematica dello stato W, e ha progettato un circuito quantistico fotonico che esegue una trasformazione di Fourier quantistica. Poi ha costruito un dispositivo con circuiti quantistici ottici ad alta stabilità, in grado di funzionare a lungo senza controllo attivo, e l'ha testato con tre fotoni. Il metodo può in linea di principio estendersi a stati W con qualsiasi numero di fotoni, anche se la dimostrazione ha coperto tre.

Le due storie tirano in direzioni diverse. Una è un numero da prima pagina, sotto disputa attiva per la natura della tecnica usata per produrlo. L'altra è una capacità silenziosa che rende più facile caratterizzare i futuri sistemi multi-fotone. Entrambe sono arrivate a poche ore di distanza.

Cos'altro si è mosso il 29 settembre

Lo stesso giorno ha prodotto altri due elementi degni di nota, ciascuno puntato su un collo di bottiglia diverso.

• Cloudflare ha detto di aver lavorato con l'IETF per sviluppare una mitigazione contro gli attacchi di downgrade su IPsec, e ha distribuito il supporto beta in Cloudflare WAN e Magic Transit. L'azienda ha scritto che l'attacco richiede un calcolo quantistico da eseguire in tempo reale durante l'handshake del protocollo, che non sa ancora se o quando sarà fattibile, e che ha spostato la scadenza per la transizione post-quantistica al 2029.
• Efficient Computer ha annunciato un round di Serie B da 97 milioni di dollari guidato da TQ Ventures, portando la raccolta totale a 173 milioni di dollari con una valutazione di 650 milioni di dollari. Il CEO Brandon Lucia ha scritto che la tecnologia dell'azienda porta un miglioramento dell'efficienza energetica da 10 a 100 volte rispetto alle architetture CPU tradizionali, e che l'Electron E1 sta arrivando in volume per i sistemi embedded di intelligenza artificiale fisica.

Energia e migrazione crittografica sono i vincoli poco appariscenti sotto ogni titolo quantistico. La nota di Cloudflare osserva che le stime delle risorse per gli attacchi quantistici alla crittografia a chiave pubblica sono diminuite drasticamente, ed è per questo che ha anticipato la scadenza invece di spostarla in avanti.

C'è anche una storia dal lato dell'offerta. China-in-Space ha riferito il 29 settembre che STAR.VISION Aerospace ha presentato una costellazione di calcolo spaziale al Global Digital Trade Expo il 25 settembre, con piani per circa 1.080 veicoli spaziali entro il 2035 e accordi di credito strategici per un valore di 10 miliardi di yuan (1,49 miliardi di dollari statunitensi al 28 settembre) con due banche cinesi. I dettagli su orbite, collegamenti intersatellitari e dimensioni dei radiatori non sono stati condivisi.

Niente di tutto questo stabilisce se i 19 secondi di IBM reggano. Sarà messo alla prova, come lo è stata la rivendicazione di Sycamore, da persone il cui lavoro è trovare la scorciatoia. Il paper è su arXiv e la piattaforma è sul cloud, il che almeno significa che la discussione sulla replica può avvenire in pubblico.