I giganti della tecnologia prevedono l'arrivo di un computer quantistico utilizzabile entro questo decennio

Le aziende tecnologiche negli Stati Uniti stanno correndo per scalare i sistemi di computer quantistici dai prototipi di laboratorio alle macchine industriali, secondo i dettagli condivisi da IBM, Google, Amazon, Microsoft e altri.

I progressi nel design dei chip e nella correzione degli errori hanno ridotto i divari tecnici, mettendo a portata di mano un obiettivo decennale per alcuni, mentre altri avvertono che la strada sarà molto più lunga.

L'annuncio di IBM a giugno ha delineato un design su larga scala che colma i dettagli ingegneristici mancanti dai piani precedenti. Jay Gambetta, che guida il programma quantistico dell'azienda, ha affermato di avere ora un "percorso chiaro" verso una macchina in grado di superare i computer classici in compiti come la simulazione di materiali e la modellazione AI prima del 2030.

Il team di ricerca quantistica di Google, guidato da Julian Kelly, ha rimosso uno dei suoi maggiori ostacoli tecnici lo scorso anno e afferma che lo consegnerà prima della fine del decennio, con Kelly che definisce tutti i problemi rimanenti "superabili".

Le aziende spingono per risolvere le sfide di scalabilità

Oskar Painter, capo dell'hardware quantistico di Amazon, ha avvertito che anche con importanti traguardi fisici alle spalle, la fase industriale potrebbe richiedere 15-30 anni. Il salto da meno di 200 qubit — le unità quantistiche di base — a oltre un milione è necessario per prestazioni significative.

La scalabilità è ostacolata dall'instabilità dei qubit, che limita il loro stato utile a frazioni di secondo. Il chip Condor di IBM, con 433 qubit, ha mostrato interferenze tra i componenti, un problema che il CEO di Rigetti Computing, Subodh Kulkarni, ha descritto come "un brutto problema di fisica". IBM afferma di aver previsto il problema e ora sta utilizzando un accoppiatore diverso per ridurre le interferenze.

I primi sistemi si affidavano a qubit sintonizzati individualmente per migliorare le prestazioni, ma questo non è praticabile su larga scala. Le aziende stanno ora sviluppando componenti più affidabili e metodi di produzione più economici.

Google ha un obiettivo di riduzione dei costi di ridurre i prezzi dei componenti di dieci volte per costruire un sistema su larga scala per 1 miliardo di dollari. La correzione degli errori, che consiste nel duplicare i dati tra i qubit in modo che la perdita di uno non corrompa i risultati, è considerata un requisito per la scalabilità.

Google è l'unica ad aver mostrato un chip in cui la correzione degli errori migliora man mano che i sistemi crescono. Kelly ha affermato che saltare questo passaggio porterebbe a "una macchina molto costosa che produce rumore".

Design concorrenti e sostegno governativo

IBM punta su un diverso metodo di correzione degli errori chiamato codice a bassa densità di controllo di parità, che afferma di richiedere il 90% in meno di qubit rispetto all'approccio del codice di superficie di Google. Il codice di superficie collega ogni qubit in una griglia ai suoi vicini ma richiede più di un milione di qubit per un lavoro utile.

Il metodo di IBM richiede connessioni a lunga distanza tra i qubit, che sono difficili da progettare. IBM afferma di averlo ora raggiunto, ma analisti come Mark Horvath di Gartner dicono che il design esiste ancora solo in teoria e deve essere dimostrato nella produzione.

Restano altri ostacoli tecnici: semplificare il cablaggio, collegare più chip in moduli e costruire frigoriferi criogenici più grandi per mantenere i sistemi vicino allo zero assoluto.

I qubit superconduttori, utilizzati da IBM e Google, mostrano progressi significativi ma sono difficili da controllare. Alternative come ioni intrappolati, atomi neutri e fotoni sono più stabili ma più lente e più difficili da collegare in sistemi di grandi dimensioni.

Sebastian Weidt, CEO di Universal Quantum con sede nel Regno Unito, afferma che le decisioni di finanziamento governativo probabilmente ridurranno il campo a pochi contendenti. La Darpa, l'agenzia di ricerca del Pentagono, ha avviato una revisione per identificare il percorso più rapido verso un sistema pratico.

Amazon e Microsoft stanno sperimentando nuovi design di qubit, inclusi stati esotici della materia, mentre i giocatori affermati continuano a perfezionare le tecnologie più vecchie. "Solo perché è difficile, non significa che non si possa fare", ha detto Horvath , riassumendo la determinazione del settore a raggiungere il traguardo del milione di qubit.