Quello del quantum computing è un termine altisonante che in molti non hanno ancora capito come inquadrare nel contesto moderno: è una grande tecologia, ma a cosa serve e quando i computer quantistici inizieranno a risolvere problemi impossibili per i sistemi tradizionali? La risposta potrebbe essere arrivata. IBM, insieme a tre suoi partner, ha annunciato tre risultati indipendenti che sembrano, finalmente, dimostrare che il quantum advantage inizia a essere reale.
Non significa che i computer quantistici sostituiranno quelli tradizionali nel breve periodo, ma che alcuni dei maggiori problemi del settore iniziano a esser scavalcati. Non si tratta di eseguire calcoli più velocemente, ma di ottenere risultati (corretti) che i migliori algoritmi classici non riescono a generare.
Perché il quantum advantage è così importante
Ma non erano già state fatte molte dimostrazioni simili, nei quali i computer quantistici surclassavano quelli tradizionali? Sì, in passato erano già state presentate dimostrazioni di superiorità quantistica, ma spesso riguardavano esercizi estremamente artificiali (i computer quantistici erano bravissimi a fare cose completamente inutili) oppure lasciavano aperto il dubbio che futuri algoritmi classici potessero recuperare il divario.
Questo annuncio di IBM supera queste due situazioni. Le tre ricerche pubblicate da IBM insieme ai propri partner non mostrano soltanto prestazioni superiori, ma affrontano un secondo problema che fino a oggi aveva limitato la credibilità del settore: come fidarsi di un risultato quando nessun computer classico è più in grado di verificarlo? La risposta arriva attraverso nuovi metodi di validazione, mitigazione degli errori e benchmark aperti che rendono i risultati scientificamente verificabili anche oltre i limiti del calcolo tradizionale.
Primo caso: simulare materiali impossibili da riprodurre con i computer classici
Il primo risultato nasce dalla collaborazione tra IBM e Algorithmiq e riguarda uno degli ambiti in cui il quantum computing sembra più promettente: la simulazione della materia. I ricercatori hanno sviluppato un modello di materiale quantistico eterogeneo capace di rappresentare situazioni molto vicine a quelle che si incontrano nello studio di catalizzatori, batterie ed elettroliti, dove strutture irregolari e difetti locali influenzano il comportamento della materia. Il problema è stato eseguito su un processore IBM Quantum Heron e, dopo otto mesi di tentativi da parte della comunità scientifica, nessun metodo classico è riuscito a riprodurne in maniera affidabile i risultati sull'intero dominio del problema.
Come anticipavamo, però, l'aspetto più interessante non riguarda il vantaggio prestazionale: Algorithmiq ha infatti sviluppato un nuovo framework che permette di misurare l'affidabilità dei risultati quantistici anche quando non esiste più una verifica classica, affrontando una delle principali criticità del settore. Per favorire il confronto scientifico, l'azienda ha inoltre reso pubblico il proprio metodo classico più avanzato per simulare gli stati fondamentali molecolari, trasformandolo in un benchmark aperto alla comunità di ricerca.
Secondo caso: correggere gli errori per studiare nuovi materiali
Il secondo annuncio coinvolge IBM e Qedma affrontando un'altra grande limitazione dei computer quantistici attuali: il rumore. I processori quantistici moderni sono infatti estremamente sensibili agli errori che generano in gran quantità. Qedma ha sviluppato un software proprietario di Quantum Error Suppression and Error Mitigation (QESEM) che riduce significativamente questi effetti senza dover attendere i computer completamente fault-tolerant che, onestamente, non si ha ancora idea di quando arriveranno.
Combinando questa tecnologia con i sistemi IBM, i ricercatori sono riusciti a osservare fenomeni fisici complessi su sistemi fino a 74 qubit, superando le capacità delle migliori simulazioni classiche, comprese quelle eseguite su Fugaku, uno dei supercomputer più potenti al mondo. Lo studio ha riguardato l'analisi delle dinamiche magnetiche nei materiali quantistici, mirata allo sviluppo di superconduttori, dispositivi optoelettronici e nuovi materiali avanzati. Degno di nota il fatto che questo risultato sia la prima dimostrazione di quantum advantage ottenuto usando hardware e software disponibili in commercio, un elemento che avvicina ulteriormente queste tecnologie alle future applicazioni industriali.
Terzo caso: risultati verificabili con 70 qubit logici
Il terzo lavoro, sviluppato insieme all'Università di Chicago, affronta direttamente il tema della fiducia nei risultati. IBM e i ricercatori americani hanno sviluppato un’architettura di circuiti quantistici che consente di rilevare gli errori durante l'esecuzione stessa del calcolo. L'esperimento ha utilizzato 70 qubit logici, completando oltre 2.400 operazioni logiche a due qubit e 468 porte logiche T, raggiungendo tassi di errore circa dieci volte inferiori rispetto agli errori fisici del dispositivo.
Il prossimo passo sarà il valore per le aziende
Come siamo, ormai, rassegnati a leggere, il percorso è ancora lungo. Anche in futuro le piattaforme quantistiche continueranno a convivere con il calcolo tradizionale e con l'high performance computing, piuttosto che sostituirlo, ma gli anni in cui questi ultimi saranno predominanti sembrano ancora contarsi in lustri. Tuttavia, il messaggio che arriva da questi tre annunci è di speranza. Per anni il quantum computing ha cercato di dimostrare che un computer quantistico potesse essere più veloce. Oggi sta iniziando a dimostrare qualcosa di molto più importante: che può produrre risultati affidabili su problemi che il calcolo classico non riesce più a risolvere. E questo rappresenta la sua vera forza…