Un importante progresso verso la correzione degli errori quantistici
Tre anni fa, i nostri computer quantistici sono stati i primi a superare in un’attività di calcolo i supercomputer più veloci esistenti. È stata una pietra miliare significativa nel nostro percorso verso la costruzione di un computer quantistico su larga scala, e un momento definitivo in cui molti di noi avevano sperato. Eppure, nel lungo arco del progresso scientifico, si è trattato solo di un passo avanti nel rendere le applicazioni quantistiche significative per il progresso umano.
Ora stiamo facendo un altro grande passo avanti: per la prima volta in assoluto, i nostri ricercatori di Quantum AI – intelligenza artificiale quantistica – hanno dimostrato sperimentalmente che è possibile ridurre gli errori in un calcolo quantistico aumentando il numero di qubit. Un qubit è un’unità base di informazione quantistica che può assumere stati differenti dai semplici valori 0 e 1. La nostra scoperta rappresenta un cambiamento significativo nel modo in cui operiamo con i computer quantistici: invece di lavorare sui singoli qubit fisici del nostro processore quantistico, trattiamo un insieme di qubit fisici come un unico qubit logico. Di conseguenza, un qubit logico creato da 49 qubit fisici è stato in grado di superarne uno fatto con 17 qubit. Oggi Nature ha pubblicato la nostra ricerca.
Ecco perché questa innovazione è importante: i nostri computer quantistici funzionano manipolando i qubit in modo coordinato, un insieme di procedimenti che chiamiamo algoritmi quantistici. La sfida è che i qubit sono così sensibili che anche la luce diffusa può causare errori di calcolo, e il problema peggiora man mano che i computer quantistici crescono di dimensione. Questa sensibilità ha conseguenze rilevanti, perché i migliori algoritmi quantistici di cui disponiamo oggi diventeranno davvero utili solo quando avremo ridotto di molto le probabilità di errore sui qubit. E per raggiungere questo obiettivo avremo bisogno di un metodo efficace per la correzione degli errori quantistici.
La correzione degli errori quantistici protegge un’informazione codificandola su una serie di qubit fisici che formano un “qubit logico”, e si ritiene che questo sia l’unico modo per produrre un computer quantistico su larga scala con tassi di errore sufficientemente bassi per calcoli utili. Invece di elaborare i singoli qubit, elaboreremo i qubit logici. Codificando un numero maggiore di qubit fisici in un singolo qubit logico sul nostro processore quantistico, speriamo di poter ridurre i tassi di errore per consentire algoritmi quantistici utili.
È la prima volta che qualcuno raggiunge questo traguardo sperimentale di ridimensionamento di un qubit logico. Abbiamo lavorato per raggiungere questo traguardo – e lavoreremo verso i traguardi futuri – perché i computer quantistici hanno il potenziale per portare benefici tangibili alla vita di milioni di persone. Crediamo che un giorno i computer quantistici verranno utilizzati per identificare molecole per nuovi farmaci, per creare fertilizzanti utilizzando meno energia, per progettare tecnologie sostenibili più efficienti – dalle batterie ai reattori a fusione nucleare – e per produrre ricerche sulla fisica che porteranno a progressi che non possiamo ancora immaginare. È per questo motivo che stiamo lavorando alla creazione di un hardware quantistico, di strumenti e applicazioni disponibili a clienti e partner, per esempio attraverso Google Cloud, così che possano utilizzare la potenza della tecnologia quantistica in modi nuovi ed entusiasmanti.
Per aiutare gli altri a realizzare il pieno potenziale della tecnologia quantistica, dovremo raggiungere ancora nuovi traguardi e riuscire a lavorare su migliaia di qubit logici con basse probabilità di errore. La strada è ancora lunga – diversi componenti della nostra tecnologia dovranno essere migliorati, dalla criogenia alle unità di controllo elettronico, alla progettazione e ai materiali per i nostri qubit. Grazie a sviluppi di questo tipo, potremo avere una visione più chiara dei computer quantistici su larga scala. Lo sviluppo di processori quantistici è anche un eccellente occasione per mettere alla prova sistemi basati sull’intelligenza artificiale, perché ci permette di esplorare le potenzialità del machine learning per migliorare i nostri processi.
Considerato il suo grande potenziale, stiamo anche adottando misure specifiche per sviluppare il calcolo quantistico in modo responsabile. Le nostre partnership con i governi e il settore della sicurezza informatica stanno aiutando a creare sistemi in grado di proteggere il traffico internet da futuri attacchi di computer quantistici. Inoltre, ci stiamo assicurando che servizi come Google Cloud, Android e Chrome rimangano sicuri e protetti in un futuro quantistico.
Trovo ispirazione nelle possibilità che il calcolo quantistico potrebbe aprire per il futuro di Google e del mondo. E aspetto il momento in cui i computer quantistici potranno lavorare insieme ai computer tradizionali per espandere i confini della conoscenza umana, e per aiutarci a trovare soluzioni ad alcuni dei problemi più complessi del mondo.
