Amazon Web Services e QuEra Computing annunciano Libra: un computer quantistico tollerante agli errori, cioè fault-tolerant, che verrà messo a disposizione dei clienti di Aws. Dovremo però aspettare il 2028 per vederlo debuttare su Amazon Braket, servizio che permette di usare in cloud sistemi di calcolo ed emulatori quantistici per attività varie, dalla ricerca scientifica ai test sull’hardware, allo sviluppo di algoritmi.
Libra segnerà un passo avanti nell’applicazione del quantum computing su larga scala o comunque al di fuori degli ambienti di sperimentazione e dei prototipi dove questa tecnologia oggi ancora, in larga parte, risiede. Problemi (ben noti agli addetti ai lavori o a chi si interessa alla materia) come la decoerenza quantistica, cioè la perdita delle proprietà tipiche dei qubit, e l’elevato tasso di errore sono ostacoli ancora importanti.
I qubit sono estremamente fragili e sensibili alle interferenze esterne, per esempio a campi magnetici e calore, e gli attuali sistemi con processori quantistici di media dimensione (i Nisq, Noisy Intermediate-Scale Quantum) accumulano troppi errori per eseguire algoritmi molto lunghi. Per un sistema quantistico tollerante agli errori servirebbe un numero di qubit fisici molto più elevato per creare, con essi, un certo numero di qubit logici che garantirebbero calcoli stabili e affidabili.
La scalabilità dell’hardware rappresenta però un problema, perché elementi come il cablaggio, il controllo elettronico, la dissipazione del calore e l’uniformità dei qubit diventano difficili da gestire per sistemi che utilizzano un elevato numero di qubit. Anche l’infrastruttura “di contorno” ma fondamentale per i computer quantistici, cioè quella per il raffreddamento, è costosa, ingombrante e difficile da scalare.
I traguardi di QuEra e Aws
L’alleanza tra QuEra e Aws risale al 2019, anno in cui l’azienda di Boston specialista è diventata un fornitore di hardware quantistico per l’infrastruttura cloud di Amazon. L’anno successivo la società allora guidata da Jeff Bezos ha lanciato il servizio Amazon Braket, su cui nel 2022 ha debuttato Aquila, un sistema quantistico ad atomi neutri basato su hardware di QuEra.
Da allora l'azienda bostoniana si è focalizzata sulla sfida della fault tolerance, la tolleranza agli errori, requisito essenziale per ottenere un computer quantistico commercialmente utile. Il lavoro dei ricercatori di QuEra e dei fondatori scientifici dell’azienda, condotto attraverso i laboratori dell’Università di Harvard e del Mit di Boston, ha portato alla pubblicazione su Nature e Physical Review Letters otto articoli scientifici, sottoposti a peer review, che possono dimostrare le capacità chiave del sistema che sarà proposto su Aws.
Sei gli elementi tecnici che permettono a Libra di eseguire calcoli su larga scala: i qubit logici; una correzione degli errori sotto soglia (in cui gli errori diminuiscono all’aumentare delle dimensioni del sistema); operazioni logiche trasversali, che consentono porte quantistiche rapide e a basso overhead tra qubit; la decodifica veloce, per la correzione degli errori in tempo reale su larga scala; il funzionamento continuo di migliaia di qubit grazie al reinserimento costante degli atomi; codici di correzione degli errori efficienti, che riducono il numero di qubit fisici necessari per ogni qubit logico.
(Immagine: QuEra Computing)
Libra e il sogno realizzato
Le applicazioni quantistiche dipendono non solo dal numero di qubit logici disponibili, ma anche dal numero di operazioni logiche eseguibili prima che gli errori compromettano il calcolo, e Libra soddisfa questo requisito. Appartiene, infatti, alla classe dei sistemi megaquop, progettati per eseguire circa un milione di operazioni quantistiche logiche affidabili. Il sistema impiegherà oltre 256 qubit logici corretti dagli errori e avrà un tasso di errore logico pari a 10⁻⁶, cioè 0,0001%. Gli utenti di Amazon Braket potranno sfruttare le capacità del sistema insieme agli strumenti di intelligenza artificiale e supercalcolo (Hpc) inclusi nel servizio di Aws.
“Questo è un momento molto speciale: per la prima volta il sogno di realizzare computer quantistici utili e tolleranti agli errori è a portata di mano”, ha dichiarato Mikhail Lukin, chief science officer di QuEra. “Progetti per permettere l'elaborazione quantistica su scala inedita, questi sistemi potranno realizzare applicazioni uniche. Siamo orgogliosi di estendere significativamente la nostra collaborazione con Aws per portare queste esclusive capacità alla più ampia cerchia degli utenti scientifici”.
A detta di Aws e QuEra, con Libra sarà possibile condurre attività di ricerca e raggiungere nuove scoperte in ambiti come la farmaceutica, lo studio dei materiali e i servizi finanziari. “Il quantum computing fault-tolerant sta passando dall’essere una pietra miliare scientifica a una vera e propria roadmap di ingegnerizzazione e implementazione”, ha dichiarato Andy Ory, Ceo di QuEra. “Abbiamo sviluppato questa roadmap in modo trasparente, con traguardi verificati tramite peer review e progressi tecnologici dimostrati. Libra porterà il calcolo tollerante agli errori nel cloud su larga scala nel 2028”.
Le due aziende consigliano, però, di non aspettare il 2028 per interessarsi al quantum computing: meglio iniziare già oggi a definire una strategia e a studiare algoritmi per sistemi fault-tolerant, in modo da partire senza indugi quando Libra sarà disponibile su Aws. Si tratterà, comunque, della prima tappa di un percorso che Amazon immagina lungo e fruttuoso. “A tempo debito, prevediamo che i processori quantistici diventeranno parte integrante del portfolio di calcolo di Aws, al pari di Cpu, Gpu e acceleratori AI/ML”, ha scritto Eric Kessler, general manager Amazon Braket di Aws. “Un ulteriore strumento a disposizione dei nostri clienti per accelerare i carichi di lavoro di produzione e affrontare problemi attualmente al di fuori della portata delle tradizionali soluzioni di calcolo”.