Amazon Web Services o AWS ha annunciato oggi il suo primo chip quantistico, Ocelot, caratterizzato da un nuovo approccio alla correzione degli errori che dovrebbe aprire ad una maggiore scalabilità della tecnologia. Proprio il sistema di correzione degli errori implementato in Ocelot, è oggetto di uno studio scientifico pubblicato su Nature.
Secondo AWS, l'architettura di Ocelot consente di ridurre il costo della correzione degli errori del 90% rispetto agli altri approcci utilizzati, il che sostanzialmente significa ridurre il numero di qbit fisici necessari per rappresentare un qbit logico: "in futuro, i processori quantistici costruiti con l'architettura utilizzata in Ocelot, potrebbero costare un quinto rispetti agli approcci odierni, grazie alla drastica riduzione del numero di risorse richieste per la correzione degli errori" scrive Oskar Painter, direttore della divisione Quantum hardware di AWS. "Più concretamente, crediamo che ciò possa accelerare la nostra timeline verso un computer quantistico di utilità pratica di fino a cinque anni".
Per capire meglio il problema occorre fare un passo indietro. Un computer quantistico è un sistema di elaborazione che consente di effettuare calcoli utilizzando la stessa algebra della meccanica quantistica, in cui l'unità base di informazione non è più un bit binario classico, ma il qubit, che rappresenta lo stato di un sistema quantistico. Gli stati 0 e 1 non sono più univocamente determinati, ma vengono elaborati secondo l'algebra della meccanica quantistica con operazioni che prevedono stati che sono la sovrapposizione di più stati. Ciò teoricamente può portare all'elaborazione di alcune classi di problemi in molto esponenzialmente più rapido rispetto ad un computer classico.
Tradurre un qubit logico a livello hardware è però molto più complesso rispetto alle porte logiche di un computer tradizionale, perché occorre per l'appunto appoggiarsi a dei sistemi quantistici, che per loro natura sono molto sensibili a interferenze esterne di ogni tipo, in grado di perturbare lo stato del sistema e generare errori. Per questo motivo, tipicamente, un qubit logico viene creato combinando in modo opportuno una moltitudine di qubit fisici. Con gli approcci attuali, occorrono milioni di qubit fisici per riuscire a realizzare un computer quantistico che possa essere minimamente concorrenziale con uno classico, qualcosa che al momento è al di là delle possibilità tecnologiche attuali.
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La soluzione di AWS presentata oggi integra la correzione degli errori all'interno della stessa architettura dei qubit fisici, sfruttando il principio di sovrapposizione quantistica realizzando dei "cat qubit", dove il termine "cat", "gatto", è un riferimento al paradosso del Gatto di Schrödinger. Ocelot è un chip di memoria quantistico fisicamente composto da due microchip integrati sovrapposti, ciascuno rivestito da un sottile strato di materiale superconduttore che forma degli oscillatori, in cui ampiezza e fase sono le quantità che determinano gli stati del sistema quantistico. Un qubit logico in Ocelot è composto da un array di cinque cat qubit, cinque circuiti di buffer per la stabilizzazione dei qubit, più quattro qubit per la correzione degli errori, organizzati fisicamente in una struttura a "panino". Lo studio presentato su Nature descrive le prestazioni di correzione degli errori di questo sistema, che secondo i ricercatori di AWS "può essere un modello convincente per raggiungere il calcolo quantistico a tolleranza d'errore".
Quello di AWS al momento è solo un prototipo, un chip di memoria con un qubit logico. "Siamo solo agli inizi e crediamo di avere ancora diversi stadi di scalabilità da superare" spiega Painter. "È un problema molto difficile da risolvere, e abbiamo bisogno di continuare a investire in ricerca di base, rimanendo connessi e imparando dal lavoro che sta venendo svolto a livello accademico. Al momento, il nostro compito è di continuare a innovare in tutto lo stack del calcolo quantistico, valutare costantemente se stiamo utilizzando l'architettura giusta e integrare queste conoscenze nei nostri sforzi ingegneristici. È un volano di miglioramento continuo e crescita".
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