Qubit superfluidico, la roadmap del DOE e un set di porte universale

La proposta si chiama Superfluid Helium Oscillator Quantum device, o SHOQ, e usa elio-3 superfluido elettricamente neutro. Poiché l'elio non porta carica elettrica, il progetto risulta naturalmente schermato da parte del rumore elettromagnetico che disturba i circuiti superconduttivi. Nell'articolo su npj Quantum Information il team scrive che si tratta del primo progetto di qubit basato su un superfluido mai segnalato. ScienceDaily ne ha pubblicato il riassunto il 1° ottobre.

«Non siamo i primi ad aver pensato ai singoli componenti dietro questa idea, ma quello che abbiamo fatto per la prima volta è metterli insieme in un dispositivo microfluidico e calcolare i dettagli specifici che potrebbero permettere al dispositivo di funzionare come qubit», ha detto Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow in Hybrid Quantum Systems al Surrey e prima autrice dello studio, secondo il resoconto di ScienceDaily.

Sharma ha aggiunto che i calcoli indicano che dovrebbe funzionare e che il passo successivo è un prototipo. Nessun prototipo è stato costruito. La distinzione conta: il dato delle 100 volte è un calcolo, non una misura, e il dossier non contiene alcuna replica indipendente.

Tre risultati in otto giorni, e nessuno concorda sul percorso

Il progetto del Surrey è uno dei diversi risultati sul calcolo quantistico raggruppati nel dossier tra il 23 settembre e il 1° ottobre. Il 25 settembre ScienceDaily ha riferito di un lavoro della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, di Harvard, della Stony Brook University e di Quantinuum. Il gruppo ha usato 54 qubit sul processore H2 di Quantinuum per dimostrare un set di porte universale costruito con anyoni non abeliani. L'articolo è apparso su Nature. Il team ha combinato braiding e fusione, operazioni che il solo braiding non poteva fornire.

Henrik Dreyer, managing director e scientific lead dell'ufficio di Monaco di Quantinuum e coautore, ha definito i codici non abeliani «uno scuro cavallo nella corsa alla correzione degli errori quantistici» in dichiarazioni riportate da ScienceDaily. Ha detto che il lavoro mostra per la prima volta un set di porte universale in un codice non abeliano e che il calcolo fault-tolerant può in linea di principio procedere senza distillazione o coltivazione degli stati magici. Questi due passaggi sono le operazioni più costose nei codici di correzione degli errori standard, ha detto Dreyer.

Ruben Verresen, assistant professor alla UChicago PME e coautore, ha descritto l'approccio in termini più diretti: «Abbiamo dimostrato un cosiddetto set di porte universale, il che significa che se si immagazzina informazione in queste versioni emergenti dei quark e le si sposta in giro, si può fare qualsiasi calcolo quantistico si voglia fare». Lo stesso resoconto di ScienceDaily risale al 25 settembre.

Poi, il 30 settembre, il Caltech ha pubblicato su Nature risultati che misurano livelli energetici previsti dalle teorie conformi dei campi di Ising e Ising tricritico, rapporti che i teorici avevano calcolato per circa 40 anni senza conferma sperimentale diretta. Jason Alicea, William K. Davis Professor of Theoretical Physics al Caltech, ha detto che i livelli energetici «codificano informazioni profonde sulle teorie stesse». Il lavoro ha usato atomi neutri intrappolati con laser come simulatore quantistico, non come computer quantistico general-purpose.

Xiangkai Sun, dottorando nel laboratorio Endres e co-primo autore, ha inquadrato il cambiamento senza giri di parole: «Negli ultimi 10 anni le persone hanno imparato a controllare questi sistemi, e ora siamo al punto in cui possiamo usarli per fare ricerca di fisica fondamentale». ScienceDaily ha pubblicato quel resoconto il 30 settembre.

Si aggiungono l'Università di Kyoto e l'Università di Hiroshima, i cui ricercatori hanno dimostrato una misura entangled che identifica stati W a 3 fotoni, una capacità che mancava da quando la misura equivalente per gli stati GHZ è stata proposta più di 25 anni fa. L'autore corrispondente Shigeki Takeuchi ha detto che il team ha «finalmente ottenuto anche la misura entangled per lo stato W, con una vera dimostrazione sperimentale per stati W a 3 fotoni». ScienceDaily lo ha riportato il 29 settembre.

Washington vuole utilità, non conteggi di qubit

Anche il livello politico si è mosso. Il Fermilab ha pubblicato il 27 settembre lo SCAC Quantum Committee Report, che traccia un percorso a tappe verso la dimostrazione dell'utilità scientifica del calcolo quantistico. L'obiettivo dichiarato è una macchina scientificamente rilevante e corretta rispetto agli errori entro il 2028, con una visione di lungo periodo per una Quantum Computing User Facility dedicata. Anna Grassellino, chief technology officer del Fermilab, ha presieduto la sottocommissione; Supratik Guha della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago è stato vicepresidente. La nota del Fermilab dice che il rapporto si basa sul contributo di centinaia di persone tra laboratori nazionali, università, industria e agenzie federali.

Il rapporto sostiene che il successo vada misurato con l'utilità scientifica e non con i benchmark hardware. Tra le applicazioni indicate ci sono la previsione delle proprietà molecolari per la scoperta di farmaci, la progettazione di catalizzatori, la simulazione di materiali rilevanti per la fusione e la modellizzazione della fisica del primo universo. La proposta del Department of Energy è l'integrazione: processori quantistici collegati a flussi di lavoro ibridi classico-quantistici accanto ai suoi centri di calcolo ad alte prestazioni e alle strutture utente esistenti.

Tra la fisica e la politica sta un problema meno affascinante. Un preprint pubblicato su arXiv il 28 settembre da Hoang Pham Cong e Ho Viet Duc Luong definisce il valore decisionale del calcolo della percezione e scopre che una percezione migliore non produce in modo affidabile decisioni migliori a valle. Testando la geometria monoculare dispiegata su KITTI e nuScenes, gli autori riportano che dal 34 al 54 percento degli escalation che cambiano la perdita a valle la peggiorano. Scegliere tra segnali dispiegabili in base al guadagno di percezione sugli oggetti mancati invece che al valore decisionale ha ridotto il guadagno decisionale realizzato sul test del 7,4 percento della perdita all-cheap in media, scrivono. L'articolo è un risultato di machine learning, non di calcolo quantistico, ma cade sulla stessa domanda sollevata dalla roadmap del DOE: cosa conta come output utile.

I livelli commerciale e applicativo continuano a muoversi

Il 1° ottobre Q/C Technologies ha annunciato che collaborerà con il Center for Integrated Nanotechnologies dei Sandia National Laboratories su componenti nanofotonici per la sua unità di elaborazione ottica destinata all'inferenza AI. HPCwire ha riportato l'annuncio lo stesso giorno. Joshua Silverman, executive chairman dell'azienda, ha detto che l'accesso alle competenze fotonica del CINT è «un passo importante» mentre l'azienda sviluppa la sua piattaforma. Gli obiettivi dichiarati del progetto includono operazioni non lineari, memoria, precisione, perdita ottica e integrazione con sistemi elettronici, cioè un elenco di problemi irrisolti più che una specifica di prodotto.

Quantum Space, intanto, ha eseguito un ordine di lavoro per la lavorazione di un veicolo spaziale con All Points Logistics per la sua missione Prime, ha riferito SpaceNews il 30 settembre. Prime è un apripista per la piattaforma Ranger e Scout dell'azienda, ha completato una Systems Integration Review e punta al lancio nella seconda metà del 2027 dalla Vandenberg Space Force Base. Kerry Wisnosky, presidente di Quantum Space, ha detto che l'accordo copre strutture in camera bianca, rifornimento di propellente, sicurezza del sito di lancio e revisioni operative, supporto a terra e trasporto verso la struttura di integrazione del veicolo di lancio.

Due voci più vecchie nel dossier vanno tenute come contesto, non come notizie. Google DeepMind ha descritto il 23 settembre come porterà una memoria lato server persistente e cifrata sulla sua piattaforma Private AI Compute, con chiavi crittografiche conservate sui dispositivi degli utenti. E Quanta Magazine ha riferito il 23 settembre di un lavoro del chimico di Princeton Gregory Scholes secondo cui reti classiche complesse possono imitare matematicamente il comportamento quantistico senza essere quantistiche, un'affermazione che stona accanto alle tappe hardware citate sopra.

Sulle otto fonti più recenti lo schema è coerente: progetti, simulazioni e set di porte avanzano più in fretta di quanto si riesca a dimostrare che uno di essi batta una macchina esistente su un problema che valga la pena risolvere. Il dato delle 100 volte del Surrey è il numero più eclatante della settimana. È anche il meno verificato.