Il calcolo quantistico è pronto per le sue prime applicazioni reali

Gli ingegneri hanno parlato dell'informatica quantistica - la capacità di fare calcoli su bit che mostrano entanglement quantistico e quindi potenzialmente possono essere accesi e spenti allo stesso tempo - per decenni. Negli ultimi anni, questa promessa si è avvicinata alla realtà a seguito dello sviluppo di sistemi di ricottura quantistica come quelli fabbricati da D-Wave, i processori quantistici per scopi generali sviluppati da aziende come IBM e Intel e tenta di creare una nuova programmazione linguaggi progettati per l'informatica quantistica.

All'inizio di questo mese, Intel ha annunciato di avere un sistema con 49 qubit - o bit che sono esistiti in uno stato quantico - in una partnership con Qutech con sede nei Paesi Bassi. Questo nuovo sistema, chiamato Tangle Lake, è un grande passo avanti rispetto a soli due mesi fa, quando la società ha annunciato un sistema a 17 qubit.

Ma ero più interessato a vedere la visualizzazione da parte di IBM dei suoi progressi nell'informatica quantistica, poiché la società aveva recentemente annunciato un sistema a 50 qubit, e forse ancora più importante, ha alcuni dispositivi informatici generali che i suoi clienti possono effettivamente utilizzare.

Alla mostra, Jeff Welser, vicepresidente e direttore del laboratorio dell'IBM Research Lab ad Almaden (vicino a San Jose), ha presentato il computer quantistico e ha descritto il sistema di base. Il computer stesso è relativamente piccolo, ma i sistemi di raffreddamento necessari per farlo funzionare sono enormi; in realtà ha bisogno di una stanza piena di unità di raffreddamento, con pompe per vuoto e frigoriferi con elio liquido per abbassare la temperatura da 10 a 15 millikelvin, che è più fredda dello spazio esterno (in media circa 3 kelvin).

Ciò che attualmente è disponibile per sviluppatori e ricercatori è una versione a 16 qubit della macchina accessibile tramite un sito Web, nonché una versione a 20 qubit che possono essere utilizzati da specifici clienti, inclusi partner come JSR e Hitachi Metals. Questi sistemi sono attualmente ospitati presso la struttura di ricerca di IBM a Yorktown Heights, New York. La versione da 50 qubit dovrebbe essere disponibile per i partner entro la fine dell'anno.

Non è solo il numero di qubit che conta, ha detto Welser, ma la quantità di tempo in cui il sistema è in "coerenza" per generare risultati. In pratica, ha detto, esegui gli stessi calcoli più volte e fai una media dei risultati. La combinazione del numero di qubit, il numero di entanglement simultanei e il tasso di errore crea il "volume quantico" che è veramente importante per risolvere i problemi.

Welser ha affermato di credere che con un sistema da 50-100 qubit, gli utenti saranno in grado di fare cose che non sono possibili con i computer convenzionali.

Welser ha affermato che la prima vera applicazione sarà probabilmente l'analisi dei materiali usando la chimica quantistica, e in particolare la simulazione di diversi tipi di polimeri e nuove leghe. Questo perché è possibile simulare peso, resistenza e altre proprietà, che in precedenza era uno sforzo che comportava molte prove ed errori.

Altre possibili applicazioni per sistemi con un numero limitato di qubit includono il deep learning, poiché la correzione degli errori non è così importante.

Spesso senti come il calcolo quantistico può rompere molti degli algoritmi di crittografia di oggi. Welser riconosce che potrebbe essere il caso, ma ha detto che avresti bisogno di un sistema da un milione di qubit per farlo, il che significa che questo non sarà un vero problema per molti anni. (Nel frattempo, molte organizzazioni stanno lavorando per implementare algoritmi che non saranno interessati; la speranza è che questi nuovi algoritmi siano in atto prima che i computer quantistici siano pronti.)

Il calcolo quantistico non è il genere di cose che avrà un impatto sulla maggior parte delle organizzazioni per anni, ma la presentazione ha offerto uno sguardo interessante su alcune applicazioni specifiche che saranno presto possibili, così come un possibile futuro per un calcolo più generale.

Ecco un poster che spiega come funziona l'intero sistema.