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

ScienceAlert ha riferito il 29 settembre che lo studio mette un chip superconduttivo da 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 riserve 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 messa a punto speciale. Il punto migliore 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 scrivono che, per quanto ne sanno, questa è la prima dimostrazione di vantaggio quantistico per un campionamento di circuiti casuali standard su un processore quantistico commercialmente e ampiamente accessibile, che anche 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. Poiché il compito dovrebbe essere quasi impossibile per l'hardware classico, e poiché le macchine più veloci del mondo sono prenotate con mesi di anticipo, i ricercatori si sono affidati alla contrazione di reti tensoriali, una tecnica che stima il costo computazionale della simulazione di 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 quintilione di operazioni al secondo nel picco. Su 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 uno studio 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 standard su un processore quantistico commercialmente e ampiamente accessibile, 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 fisico di velocità per i computer classici. Sono una stima legata a un solo metodo di riproduzione dell'esperimento. I ricercatori classici hanno un historial di scorciatoie trovate, e algoritmi più efficienti potrebbero ridurre il lavoro necessario. Sedrakyan e colleghi riconoscono questa possibilità nello studio. La loro rivendicazione è più ristretta: questo specifico compito, su questo specifico hardware, sta oltre la portata pratica di una macchina classica con le tecniche note.

Per contesto, la corsa non è nuova. I ricercatori di UC Berkeley hanno posto le basi teoriche per il campionamento di circuiti casuali nel 2018. Il processore Sycamore da 53 qubit di Google ha avanzato una rivendicazione simile nel 2019, e i ricercatori classici hanno passato gli anni successivi a ridurla pezzo per pezzo. 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 misura 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 misura. Secondo ScienceDaily del 29 settembre, i ricercatori dell'Università di Kyoto e dell'Università di Hiroshima hanno sviluppato e dimostrato sperimentalmente una misura entangled in grado di identificare gli stati W, una forma di entanglement multi-fotone che per decenni aveva resistito a questo trattamento.

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

"A più di 25 anni dalla proposta iniziale della misura entangled per gli stati GHZ, abbiamo finalmente ottenuto anche la misura 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 traslazione ciclica, una proprietà matematica dello stato W, e ha progettato un circuito quantistico fotonico che esegue una trasformazione di Fourier quantistica. Poi ha realizzato un dispositivo con circuiti quantistici ottici ad alta stabilità, in grado di funzionare a lungo senza controllo attivo, e lo 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 titolo, sotto attiva discussione per la natura della tecnica usata per produrlo. L'altra è una capacità discreta che rende più facile caratterizzare i futuri sistemi multi-fotone. Entrambe sono arrivate a poche ore di distanza.

Che altro si è mosso il 29 settembre

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

• Cloudflare ha dichiarato di aver lavorato con l'IETF per sviluppare una mitigazione contro gli attacchi di downgrade su IPsec, e di aver distribuito il supporto beta in Cloudflare WAN e Magic Transit. L'azienda ha scritto che l'attacco richiede un calcolo quantistico eseguito in tempo reale durante l'handshake del protocollo, che non sa ancora se o quando sarà fattibile, e che ha anticipato la propria scadenza per la transizione post-quantistica al 2029.
• Efficient Computer ha annunciato un round di serie B da 97.000.000 di dollari guidato da TQ Ventures, portando il totale raccolto a 173.000.000 di dollari su una valutazione di 650.000.000 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 entrando in produzione di volume per i sistemi di intelligenza artificiale fisica embedded.

Energia e migrazione crittografica sono i vincoli poco appariscenti sotto ogni titolo quantistico. Il post di Cloudflare osserva che le stime di risorse per gli attacchi quantistici alla crittografia a chiave pubblica sono diminuite drasticamente, ed è per questo che l'azienda ha anticipato la scadenza invece di rinviarla.

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 10.000.000.000 di yuan (1.490.000.000 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 ciò stabilisce se i 19 secondi di IBM reggano. Saranno messi alla prova, come è stata messa alla prova la rivendicazione di Sycamore, da persone il cui lavoro è trovare la scorciatoia. Lo studio è su arXiv e la piattaforma è sul cloud, il che almeno significa che la discussione sulla replica può avvenire in pubblico.