Recentemente, alcuni ricercatori hanno sostenuto che i computer quantistici non offrono vantaggi pratici rispetto ai sistemi classici. Secondo il fisico teorico Xavier Waintal, che ha preso parte a uno studio, non c’è motivo di credere che i computer quantistici avranno un vantaggio significativo e potrebbero essere solo leggermente più veloci in alcuni specifici problemi. Tuttavia, IBM ha annunciato un esperimento rivoluzionario che suggerisce che i computer quantistici potrebbero presto superare i computer classici nelle attività pratiche.
IBM, in collaborazione con i ricercatori dell’UC Berkeley, ha annunciato di aver sviluppato metodi per affrontare alcuni dei problemi legati alla computazione quantistica. Il team ha lavorato sulle tecniche di “attenuazione degli errori” per contrastare il rumore quantistico, che introduce errori nei calcoli. Grazie a tali tecniche, i ricercatori sono riusciti ad eseguire calcoli utilizzando tutti i 127 qubit del processore Eagle, stabilendo un nuovo record per questo tipo di esperimento.
Attraverso questo esperimento, IBM è riuscita a misurare con precisione i valori di aspettativa per circuiti complessi, superando le capacità dei metodi classici di calcolo diretto, fornendo così una prova dell’utilità del calcolo quantistico anche prima di raggiungere la completa tolleranza agli errori. Questi risultati sono stati ottenuti grazie ai progressi nella coerenza e nella calibrazione di un processore superconduttore su questa scala, nonché alla capacità di controllare e caratterizzare il rumore su un dispositivo di così grandi dimensioni. In particolare, in situazioni che richiedono un forte entanglement, il computer quantistico è stato in grado di ottenere risultati corretti che superano le capacità dei principali metodi di approssimazione classici.
L’esperimento rappresenta un passo cruciale verso la progettazione di algoritmi quantistici. Abhinav Kandala, responsabile delle capacità e delle dimostrazioni quantistiche presso IBM Quantum, ha spiegato che la svolta chiave è stata la “manipolazione del rumore oltre l’estensione dell’impulso”. Ciò ha consentito loro di eseguire estrapolazioni più complesse, riducendo efficacemente l’influenza delle distorsioni del rumore in un modo che prima non era possibile.
Un approccio utilizzato per correggere gli errori nei sistemi quantistici è l’esplorazione a basso rumore (Zero Noise Exploration, ZNE), che implica aumentare e valutare il rumore a diversi livelli e utilizzare l’estrapolazione per comprendere come sarebbe il sistema senza rumore.
Anche se i tempi di calcolo dei computer quantistici sono ancora molto brevi, ogni calcolo quantistico può essere affetto da errori. Le fluttuazioni del rumore quantistico possono introdurre errori nei calcoli, e quindi le correzioni degli errori sono fondamentali per il progresso nel calcolo quantistico. Si prevede che la correzione degli errori nei computer quantistici richiederà ancora molti anni, poiché saranno necessari processori più avanzati in grado di elaborare un numero maggiore di qubit. Rilevare e correggere gli errori di calcolo rappresenta ancora una sfida significativa. IBM afferma che la mitigazione degli errori è una soluzione temporanea che rimane un obiettivo a lungo termine.
Per valutare il valore pratico del calcolo quantistico, i ricercatori hanno creato un algoritmo classico e l’hanno confrontato con un algoritmo di ispirazione quantistica che emula l’algoritmo di Grover su un computer classico. I risultati hanno indicato che, anche riducendo il tasso di errore di un fattore di 10.000 (che rappresenta un’ottimistica affermazione), sarebbe comunque necessaria una quantità enorme di tempo di calcolo per raggiungere l’effettivo vantaggio teorico del calcolo quantistico.
Nel 2019, i ricercatori di Google hanno dichiarato di aver completato un calcolo su un computer quantistico in 3 minuti e 20 secondi, calcolo che richiederebbe 10.000 anni su un supercomputer tradizionale. Tuttavia, alcuni ricercatori hanno sollevato dubbi su questa affermazione, sostenendo che il problema è stato creato artificialmente e non ha applicazioni pratiche nel mondo reale. Inoltre, un team di ricercatori cinesi ha eseguito lo stesso calcolo su un supercomputer tradizionale in poco più di cinque minuti, dimostrando che la stima di Google di 10.000 anni era errata.
I computer classici o digitali elaborano informazioni in forma di bit, che possono essere 1 o 0. Al contrario, i computer quantistici lavorano con qubit, che rappresentano uno stato di informazione più complesso. Facendo un parallelo con il famoso esperimento del gatto di Schrödinger, un qubit può essere sia 1 che 0 contemporaneamente. Questo consente ai computer quantistici di eseguire più calcoli simultaneamente, aprendo la possibilità di risolvere problemi complessi in diversi campi in modo molto più rapido.
A differenza del calcolo classico, dove i calcoli sono deterministici, nel calcolo quantistico i calcoli sono probabilistici e possono produrre diversi risultati possibili per lo stesso input. Tuttavia, ciò comporta anche un maggior margine di errore, che rappresenta uno dei principali svantaggi del calcolo quantistico. Il calcolo quantistico è soggetto a errori come rumore, guasti e perdita di coerenza quantistica, che possono causare fallimenti prima che i calcoli siano completati.