Le cose stanno diventando reali per i ricercatori del gruppo UC Santa Barbara John Martinis/Google. Stanno rispettando le loro intenzioni di dichiarare la supremazia in una serrata corsa globale per costruire la prima macchina quantistica in grado di superare i migliori supercomputer classici del mondo.

Ma cos'è la supremazia quantistica in un campo in cui gli orizzonti vengono ampliati regolarmente, in cui le squadre delle più brillanti menti informatiche quantistiche del mondo alzano regolarmente la posta sul numero e sul tipo di bit quantistici ("qubit") che possono costruire, ognuno con la propria gamma di qualità?

"Definiamolo, perché è un po' vago, " ha affermato il ricercatore di Google Charles Neill. In poche parole, Lui continuò, "vorremmo eseguire un algoritmo o un calcolo che non potrebbe essere fatto altrimenti. Questo è ciò che in realtà intendiamo".

Neill è l'autore principale del nuovo articolo del gruppo, "Un progetto per dimostrare la supremazia quantistica con i qubit superconduttori, " ora pubblicato sulla rivista Scienza .

Fortunatamente, la natura offre molte situazioni così complesse, in cui le variabili sono così numerose e interdipendenti che i computer classici non possono contenere tutti i valori ed eseguire le operazioni. Pensa alle reazioni chimiche, interazioni fluide, persino i cambiamenti di fase quantistica nei solidi e una serie di altri problemi che hanno scoraggiato i ricercatori in passato. Qualcosa dell'ordine di almeno 49 qubit, all'incirca equivalente a un petabyte (un milione di gigabyte) di memoria ad accesso casuale classica, potrebbe mettere un computer quantistico sullo stesso piano dei supercomputer del mondo. Solo recentemente, I colleghi di Google/Martinis di Neill hanno annunciato uno sforzo verso la supremazia quantistica con un chip da 72 qubit dotato di un'architettura "a setole" che deve ancora essere messo alla prova.

Ma secondo Neill, è più del numero di qubit a disposizione.

"Devi generare una sorta di evoluzione nel sistema che ti porti a usare ogni stato a cui è associato un nome, " ha detto. Il potere dell'informatica quantistica sta in, tra l'altro, la sovrapposizione degli stati. Nei computer classici, ogni bit può esistere in uno dei due stati:zero o uno, spento o acceso, vero o falso, ma i qubit possono esistere in un terzo stato che è una sovrapposizione sia di zero che di uno, aumentando esponenzialmente il numero di possibili stati che un sistema quantistico può esplorare.

Inoltre, dicono i ricercatori, la fedeltà è importante, perché l'enorme potenza di elaborazione non vale molto se non è accurata. La decoerenza è una grande sfida per chiunque costruisca un computer quantistico:perturbare il sistema, le informazioni cambiano. Aspetta qualche centesimo di secondo di troppo, le informazioni cambiano di nuovo.

"Le persone potrebbero costruire sistemi da 50 qubit, ma devi chiedere quanto bene ha calcolato ciò che volevi che calcolasse, " Ha detto Neill. "Questa è una domanda critica. È la parte più difficile del campo." Gli esperimenti con i loro qubit superconduttori hanno dimostrato un tasso di errore dell'1% per qubit con sistemi a tre e nove qubit, quale, dicono, possono essere ridotti man mano che aumentano, tramite miglioramenti nell'hardware, calibrazione, materiali, architettura e apprendimento automatico.

Costruire un sistema qubit completo di componenti per la correzione degli errori:i ricercatori stimano un intervallo di 100, Da 000 a un milione di qubit:è fattibile e fa parte del piano. E ancora lontano anni. Ma ciò non significa che il loro sistema non sia già in grado di fare un lavoro pesante. Proprio di recente è stato distribuito, con spettroscopia, sulla questione della localizzazione di molti corpi in un cambiamento di fase quantistico:un computer quantistico che risolve un problema di meccanica statistica quantistica. In quell'esperimento, il sistema a nove qubit divenne un simulatore quantistico, usando i fotoni che rimbalzano nella loro matrice per mappare l'evoluzione degli elettroni in un sistema di aumento, eppure altamente controllato, disturbo.

"Un buon motivo per cui la nostra fedeltà era così alta è perché siamo in grado di raggiungere stati complessi in pochissimo tempo, " Spiegò Neill. Quanto più velocemente un sistema può esplorare tutti i possibili stati, migliore è la previsione di come si evolverà un sistema, Egli ha detto.

Se tutto va liscio, il mondo dovrebbe vedere presto un computer quantistico UCSB/Google praticabile. I ricercatori sono ansiosi di metterlo alla prova, ottenere risposte a domande che una volta erano accessibili solo attraverso la teoria, estrapolazione e ipotesi altamente istruite e aprendo un livello completamente nuovo di esperimenti e ricerche.

"È sicuramente molto emozionante, " ha affermato il ricercatore di Google Pedram Roushan, che ha guidato il lavoro di simulazione quantistica a molti corpi pubblicato in Scienza nel 2017. Si aspettano che i loro primi lavori rimangano vicino a casa, come la ricerca in fisica della materia condensata e meccanica statistica quantistica, ma hanno in programma di espandersi in altre aree, compresi chimica e materiali, man mano che la tecnologia diventa più raffinata e accessibile.

"Ad esempio, sapere se una molecola formerebbe o meno un legame o reagirebbe in qualche altro modo con un'altra molecola per qualche nuova tecnologia... ci sono alcuni problemi importanti che non puoi stimare approssimativamente; dipendono davvero dai dettagli e da una potenza di calcolo molto forte, "Roshan ha detto, suggerendo che tra qualche anno potrebbero essere in grado di fornire un accesso più ampio a questa potenza di calcolo. "Così puoi ottenere un account, accedi ed esplora il mondo quantistico."