Il 'cavallo oscuro' del calcolo quantistico diventa universale: il DOE fissa la scadenza al 2028

Il risultato arriva dalla Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, con Harvard, Stony Brook University e Quantinuum. È stato pubblicato su Nature e ripreso da ScienceDaily il 25 settembre. Il gruppo ha creato e manipolato anyoni non abeliani dentro un circuito a ioni intrappolati da 54 qubit. Poi ha combinato due operazioni, il braiding e la fusione, per mostrare che l'approccio può sostenere qualsiasi algoritmo quantistico.

La questione conta perché i computer quantistici sono fragili. Di norma gli ingegneri proteggono l'informazione distribuendola su molti qubit fisici, ma quei codici con correzione degli errori non offrono tutte le operazioni necessarie al calcolo generale. La soluzione standard consiste nel preparare speciali "stati magici" attraverso un processo di purificazione chiamato distillazione, che può assorbire una quota consistente dei qubit di una macchina.

"Abbiamo dimostrato un cosiddetto set di porte universali, nel senso che se si immagazzina l'informazione in queste versioni emergenti dei quark e le si sposta in giro, si può eseguire qualsiasi calcolo quantistico si voglia fare", ha detto Ruben Verresen, professore assistente di ingegneria molecolare alla UChicago PME e coautore, secondo ScienceDaily.

Gli anyoni non abeliani non esistono come particelle a sé stanti. Gli scienziati li costruiscono intrecciando molti qubit ordinari in uno stato collettivo che si comporta come una nuova particella con regole proprie. Ogni anyone porta uno stato interno che cambia quando lo si muove attorno a un altro, e l'ordine di questi spostamenti trasporta l'informazione. Nel 2024 un gruppo che includeva Verresen aveva creato anyoni legati a un gruppo di simmetria chiamato D4 su una macchina Quantinuum, ma il solo braiding non bastava a coprire ogni operazione.

"I codici non abeliani sono un cavallo oscuro nella corsa alla correzione degli errori quantistici", ha detto Henrik Dreyer, managing director e responsabile scientifico dell'ufficio di Monaco di Quantinuum e coautore. "In questo lavoro mostriamo il primo set di porte universali in un codice non abeliano, il che dimostra che in linea di principio si possono fare calcoli fault-tolerant senza ricorrere alla distillazione o alla coltivazione degli stati magici."

Il nuovo esperimento è passato a un gruppo di simmetria chiamato S3, le rotazioni e le riflessioni che lasciano invariato un triangolo equilatero, e lo ha eseguito su 54 qubit entangled. Il pacchetto di ScienceDaily del 27 settembre inserisce l'articolo tra le notizie sul calcolo quantistico della settimana.

Washington mette una data alle macchine utili

Il 27 settembre Fermilab ha pubblicato il SCAC Quantum Committee Report del Dipartimento dell'Energia, "Path to an Integrated Quantum Future". Il rapporto è guidato da una sottocommissione presieduta da Anna Grassellino, chief technology officer di Fermilab, con il professor Supratik Guha dell'Università di Chicago come vicepresidente. Fissa un percorso scandito da tappe per dimostrare entro il 2028 un computer quantistico con correzione degli errori e scientificamente rilevante, e abbozza una visione di lungo periodo per una Quantum Computing User Facility dedicata.

Le sue tre fasi vanno dalle competitive "Quantum Grand Challenges" tra il 2026 e il 2028, alla pianificazione della struttura per gli utenti, fino a un futuro quantistico integrato dal 2030 in poi. Il documento sostiene che il successo vada misurato dall'utilità scientifica, non dal numero di qubit, e che il DOE debba restare neutrale rispetto alle tecnologie.

Le roadmap dell'industria convergono già su scadenze simili. Il 19 agosto IBM ha annunciato di aver unito e raffreddato due moduli criogenici in un unico ambiente, un passo verso il collegamento di centinaia di chip quantistici. I moduli sono alti e larghi più di 8 piedi, scendono a 4 Kelvin in meno di cinque giorni e poco dopo arrivano sotto i 15 millikelvin, secondo l'annuncio dell'azienda. IBM prevede di collegare più processori in una macchina con almeno 1.000 qubit programmabili entro il 2027, in vista dell'IBM Quantum Starling fault-tolerant nel 2029.

Anche i conteggi di qubit logici si muovono. Interesting Engineering ha riferito che la macchina Sqale di Infleqtion ha dimostrato 30 qubit logici entangled usando 80 qubit fisici, un risultato che secondo l'azienda la rende il primo sistema ad atomi neutri a raggiungere quel traguardo su una piattaforma commerciale. Il CEO Matt Kinsella ha detto che la società punta a 100 qubit logici entro il 2028.

Simulazione e orbita

L'hardware quantistico viene puntato anche sui problemi di fisica. Il 26 settembre ScienceDaily ha riferito che un gruppo guidato da Duke ha usato un simulatore quantistico a 13 ioni per riprodurre il string breaking, un processo legato alla formazione delle particelle nell'universo primordiale. Il lavoro è stato pubblicato il 23 settembre su Nature Physics. Christopher Monroe, che ha guidato la ricerca, ha detto che le simulazioni quantistiche offrono la migliore piattaforma disponibile per indagare la formazione della materia senza assistere al Big Bang.

Fuori dal laboratorio, il 28 settembre The Next Web ha riferito che la startup indiana TakeMe2Space lancerà il suo satellite MOI-1A con un volo rideshare di SpaceX il 1 ottobre. L'azienda lo definisce il primo satellite di calcolo orbitale dell'India, con chip edge Nvidia Orin NX e circa 150 watt di potenza, e 23 clienti prenotati. Sostituisce MOI-1, perso il 12 gennaio quando è fallito il terzo stadio del PSLV-C62 dell'ISRO.

I due filoni, migliore correzione degli errori e scadenze sostenute dal governo, condividono ora un calendario. Se la fisica rispetterà quella tabella resta la domanda aperta.