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Ricercatori di Google riducono gli errori nei computer quantistici di 100 volte

Il più grande nemico dei computer quantistici è il rumore, ovvero l’interferenza che il mondo esterno inevitabilmente crea con le interazioni subatomiche alla base di questi complessi dispositivi. Il rumore provoca la decoerenza, ovvero la perdita delle proprietà quantistiche come l’entanglement, e questo provoca errori. Google afferma di essere riuscita a migliorare di un fattore 100 la correzione degli errori via software grazie a un nuovo “codice stabilizzatore”, con un netto balzo in avanti rispetto a quanto è possibile oggigiorno.

Google migliora la correzione degli errori nei computer quantistici

Tutte le aziende attive nello sviluppo di computer quantistici puntano molto sul numero di qubit all’interno dei propri dispositivi: si tratta, in fondo, del dato più facilmente riconoscibile e spiegabile, nonché di quello con il quale è più facile effettuare paragoni tra i vari computer quantistici. Tale numero, però, è ben poco importante se non è presente anche un basso tasso di errori.

È questo il motivo per cui aziende come IonQ e Honeywell stanno investendo sulla tecnologia a trappole ioniche, che è intrinsecamente più resistente agli errori, e per cui aziende come Google e IBM stanno invece cercando di migliorare la fedeltà (ovvero l’assenza di errori) dei propri computer quantistici a superconduttori.

In teoria è possibile costruire un computer quantistico resistente agli errori, capace cioè di rilevarli e di correggerli autonomamente. Alcune stime di IBM, azienda come Google molto attiva nella ricerca, affermano che saranno necessari 13 qubit fisici per ottenere un singolo qubit logico, ovvero resistente agli errori. Per arrivare a tale risultato, però, c’è ancora molta strada da fare: l’informazione viene distribuita tra più qubit e ne vengono impiegati altri per controllare lo stato dei primi, ma devono essere ancora sviluppate le tecniche per applicare effettivamente quest’idea su larga scala.

Nello studio che i ricercatori dell’azienda hanno pubblicato su Nature si afferma che sono stati studiati diversi modi in cui applicare una di tali tecniche, con risultati incoraggianti al crescere del numero di qubit. “Molte applicazioni richiedono tassi di errore così bassi da raggiungere 10−15, ma le piattaforme quantistiche allo stato dell’arte hanno tipicamente tassi di errore fisico vicini a 10-3. La correzione degli errori quantistici promette di colmare questo vuoto distribuendo l’informazione logica quantistica su molti qubit fisici in modo tale che gli errori possano essere rilevati e corretti. Gli errori sullo stato codificato nei qubit logici possono essere soppressi esponenzialmente al crescere del numero dei qubit fisici, nel momento in cui i tassi di errore fisico sono sotto una certa soglia e stabili nel corso di un calcolo.”

Il “codice stabilizzatore” di Google si occupa specificamente di scollegare i qubit che si occupano di effettuare i calcoli e quelli di controllo, cosicché gli errori possano essere rilevati e corretti via software. I ricercatori di Google hanno scoperto che usando 21 qubit fisici è possibile ridurre di 100 volte il tasso di errori e mantenerlo stabile nel corso di 50 tornate di correzione. Per quanto il risultato di riduzione sia significativo, si tratta di un numero di qubit necessari troppo elevato per essere utilizzato sui computer quantistici attuali: per dare un metro di confronto Sycamore, il dispositivo di Google, conta 54 qubit. I ricercatori affermano comunque che si sono fermati a 21 semplicemente perché il dispositivo aveva tale numero di qubit funzionanti in quel momento, ma sarebbe teoricamente possibile spingersi oltre.

I computer quantistici si trovano dunque a un’impasse: per ottenere la correzione degli errori è necessario aumentare il numero di qubit, ma così facendo si aumenta drasticamente il tasso di errori (oltre a porre altre e importanti sfide ingegneristiche nella costruzione dei dispositivi). Al momento il risultato di Google resta una dimostrazione tecnologica che non avrà applicazioni pratiche dirette nell’immediato futuro, per quanto apra la via a ulteriori evoluzioni. La speranza è che le generazioni future di computer quantistici siano costruite con tecnologie in grado di contenere parzialmente gli errori in partenza e che si sviluppino algoritmi maggiormente ottimizzati: quello annunciato da Google è un ottimo punto di partenza.