Google è in missione per costruire un computer quantistico corretto per gli errori . Per iniziare questo viaggio ambizioso, il gigante della tecnologia ha allestito un Quantum AI Campus a Santa Barbara, in California, che ospita il primo data center quantistico di Google, laboratori di ricerca sull’hardware quantistico e strutture di fabbricazione di chip per processori quantistici.
Google ha affermato che le loro sfide future includono la costruzione di batterie più efficienti, la creazione di fertilizzanti migliori per aumentare la resa dei raccolti e lo sviluppo di farmaci in grado di fermare la prossima pandemia.
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La natura è meccanica quantistica. Cioè, i legami e le interazioni tra gli atomi si comportano in modo probabilistico, con dinamiche più ricche che esauriscono la semplice logica di calcolo classica. Proprio perché abbiamo bisogno di computer quantistici per risolvere le sfide future.
Il computer quantistico di Google consentirà la simulazione di comportamenti e interazioni molecolari e gli scienziati potranno testare e inventare nuovi processi chimici e nuovi materiali.
All’interno del campus Quantum AI di Google, un team sta sviluppando hardware, software e algoritmi quantistici altamente specializzati per costruire un computer quantistico utile e corretto per gli errori.
Hartmut Neven, Chief Scientist di Google, ritiene che il gigante della tecnologia abbia una sequenza serrata di traguardi difficili ma raggiungibili e spera che il team sarà in grado di costruire il computer quantistico corretto per gli errori prima della fine del decennio.
Google Quantum AI Lab collega i diversi componenti dell’informatica quantistica utilizzando software open source e API cloud. I suoi prodotti includono librerie open source come Cirq, OpenFermion e TensorFlow Quantum.
Cirq è il modo di Google di definire e modificare i circuiti quantistici. Consente ai programmatori di progettare e creare circuiti quantistici, analizzarli utilizzando simulatori e quindi inviarli all’hardware utilizzando l’API del servizio di calcolo quantistico di Google. OpenFermion, d’altra parte, è una libreria per simulazioni quantistiche, in particolare chimica quantistica e calcoli di strutture elettroniche.
Il computer quantistico corretto per gli errori avrà le dimensioni di un campo da tennis, ha affermato Eirk Lucero, Lead Engineer, Quantum Operations e Site Lead di Google Santa Barbara. All’interno del computer quantistico, un milione di qubit funzionerà di concerto, diretto da una correzione degli errori del codice di superficie.
I processori quantistici Sycamore hanno 54 qubit controllabili individualmente e 88 accoppiatori sintonizzabili | Fonte immagine: Google
Marissa Giustina, ingegnere elettronico quantistico e ricercatore presso Google, fa parte del team che costruisce l’hardware criogenico che facilita il trasferimento delle informazioni. Ha detto che i sistemi all’interno del campus sembrano rack di dispositivi elettronici funzionanti a temperatura ambiente e collegati a un grosso cilindro: il frigorifero a diluizione, come mostrato di seguito.
Dentro i criostati di Google
All’interno della confezione è memorizzato il processore. Un computer quantistico è un grande sistema con molte infrastrutture di supporto e migliaia di componenti.
Oggi, un sistema di dimensioni modeste è costituito da meno di 100 bit quantistici fisici o qubit. La stella polare di Google è costruire 10.000.000 qubit che funzionino in un concerto all’interno di un computer quantistico delle dimensioni di una stanza. Tuttavia, per arrivarci, il gigante della tecnologia deve costruire il primo transistor quantistico al mondo: due qubit logici corretti per gli errori che eseguono operazioni quantistiche insieme. Posta questo, Google deve capire come affiancare da centinaia a migliaia di questi qubit logici, per attualizzare il computer quantistico.
Elaborazione senza errori
Google vuole rendere il calcolo quantistico accessibile e utile sia ai ricercatori ad alta potenza, sia agli aspiranti programmatori. Si prevede che l’intero processo di sviluppo del computer quantistico richiederà anni. Tuttavia, per arrivarci, Google deve prima codificare un qubit logico, con 1.000 qubit fisici. Questi qubit fisici lavoreranno insieme per formare un qubit longevo e quasi perfetto, utilizzando la correzione degli errori quantistici.
