Microsoft (MS) ha recentemente annunciato i suoi piani di commercializzare i computer quantistici entro i prossimi 10 anni, utilizzando qubit topologici. Christa Sbore, vicepresidente dello sviluppo quantistico di Microsoft, ha condiviso questa notizia.
In un post sul loro blog, MS ha svelato una tabella di marcia per lo sviluppo dei computer quantistici, affermando di aver raggiunto un traguardo significativo nella creazione di un materiale topologico con caratteristiche di modalità zero di Majorana, necessario per la formazione dei qubit.
Il computer quantistico topologico sviluppato da Microsoft opera in modo diverso rispetto a quelli studiati da Google o IBM, offrendo il vantaggio di qubit stabili.
Secondo l’annuncio, Microsoft ha recentemente sviluppato una tecnologia per creare e controllare fermioni di Majorana, particelle che svolgono un ruolo chiave nella creazione di qubit scalabili e stabili, le unità di base della computazione quantistica.
Una delle sfide nella computazione quantistica riguarda l’instabilità dei qubit a due stati, le unità fondamentali di informazione quantistica, che tendono a scomparire senza preavviso e sono sensibili a cambiamenti minimi nell’ambiente circostante.
L’implementazione della computazione quantistica diventa possibile solo quando questi “qubit fisici”, facilmente suscettibili di decadimento, possono essere protetti dalle interferenze e convertiti in “qubit logici” sufficientemente stabili per contenere informazioni quantistiche.
MS ha scoperto che i fermioni di Majorana possono essere ingegnerizzati in modo da mantenere le loro proprietà uniche nonostante l’instabilità. Un fermione di Majorana è una particella che può agire contemporaneamente come “particella” e “antiparticella” con proprietà elettriche opposte a quelle della particella. Per esempio, gli elettroni, i protoni e i neutroni hanno ciascuno una rispettiva antiparticella: positroni, antiprotoni e antineutroni.
Grazie a queste caratteristiche, i fermioni di Majorana possono essere utilizzati come unità di base per formare i qubit dei computer quantistici topologici. Le proprietà del fermione di Majorana in modalità zero forniscono un tasso di errore intrinsecamente inferiore rispetto ai qubit creati con altri metodi, grazie alla loro unica proprietà di protezione topologica.
Se riusciremo a creare qubit logici sfruttando la modalità zero di Majorana, potremo teoricamente costruire computer quantistici topologici più efficienti e pratici, in grado di gestire errori.
Il programma Azure Quantum di Microsoft mira a sviluppare un prototipo di computer quantistico basato su questi principi. Questa scoperta getta le solide basi per i computer quantistici topologici basati su qubit.
Microsoft ha anche introdotto nuovi progressi nell’ambito di Azure Quantum per accelerare la scoperta scientifica. In particolare, hanno annunciato “Azure Quantum Elements”, un nuovo servizio che combina calcolo ad alte prestazioni (HPC), intelligenza artificiale (AI) e calcolo quantistico per accelerare la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali.
Azure Quantum Elements sfrutta la potenza di calcolo per consentire alle aziende chimiche di simulare il maggior numero possibile di combinazioni atomiche. Utilizzando i computer, possono esplorare virtualmente nuovi materiali e simulare le loro interazioni nel mondo reale. Questo processo accelera le simulazioni chimiche fino a 500.000 volte, consentendo di condurre una simulazione di un anno in soli minuti.
Microsoft ha dichiarato che BASF, AkzoNobel, AspenTech, Johnson Matthey, SCGC e 1910 Genetics hanno testato il sistema e alcuni di essi sono riusciti a ridurre i tempi di sviluppo di nuovi materiali fino a sei mesi. Inoltre, Azure Quantum Elements può sfruttare l’IA e l’HPC per risolvere problemi di chimica quantistica e potrebbe avere accesso ai supercomputer quantistici di Microsoft in futuro.
Azure Quantum Elements supporta anche flussi di lavoro automatizzati e la nuova funzionalità Copilot di Azure Quantum, che consente di trovare e visualizzare dati in linguaggio naturale o di sviluppare, configurare ed eseguire rapidamente simulazioni.
Copilot combina il supercalcolo in cloud, l’intelligenza artificiale avanzata e il calcolo quantistico per agevolare l’esecuzione efficiente di attività complesse.
L’obiettivo finale di Microsoft è utilizzare i supercomputer quantistici per progettare con precisione nuovi prodotti chimici e materiali.
Con l’evoluzione del settore, l’hardware quantistico rientra in una delle tre categorie di livelli di implementazione del calcolo quantistico.
La categoria di livello 1 si riferisce a sistemi quantistici basati su qubit fisici rumorosi. Il livello 2 indica sistemi quantistici che operano su qubit logici affidabili, mentre il livello 3 rappresenta i supercomputer quantistici in grado di risolvere problemi ad alto impatto che persino i supercomputer convenzionali più potenti non riescono a gestire.
Attualmente, tutti i computer quantistici sono nella categoria di livello 1. Tuttavia, Microsoft ha compiuto progressi significativi in questo campo, raggiungendo una pietra miliare nella creazione e controllo delle quasiparticelle di Majorana. Questo progresso permette la progettazione di qubit logici affidabili e ci avvicina sempre di più alla creazione di nuovi qubit protetti dall’hardware, aprendo la strada ai supercomputer quantistici.
Le prestazioni e l’affidabilità sono fattori cruciali, e per misurare con precisione le prestazioni di un supercomputer, Microsoft ha introdotto la metrica “Quantum Operations Per Second” (rQOPS), che indica quante operazioni quantistiche affidabili possono essere eseguite in un secondo.
Al momento, tutti i computer quantistici disponibili si trovano nella categoria di livello 1, con un valore rQOPS pari a zero. Tuttavia, il primo supercomputer quantistico richiederà almeno un milione di rQOPS e potrà scalare fino a oltre un miliardo per risolvere problemi di chimica e scienza dei materiali di grande impatto.
Ora è possibile iniziare a sperimentare con Azure Quantum e ottenere l’accesso a uno dei migliori hardware quantistici attualmente disponibili. Questo preparerà gli utenti ad affrontare problemi ancora più complessi una volta che il supercalcolo quantistico diventerà una realtà. La capacità di risolvere problemi che erano considerati insormontabili in precedenza contribuirà a una crescita e a un progresso umano enormi.