Amazon Web Services (AWS) ha annunciato oggi Ocelot, un nuovo chip di calcolo quantistico in grado di ridurre i costi di implementazione della correzione quantistica degli errori fino al 90%, rispetto agli approcci attuali. Sviluppato dal team dell’AWS Center for Quantum Computing presso il California Institute of Technology, Ocelot rappresenta una svolta nel tentativo di costruire computer quantistici tolleranti ai guasti in grado di risolvere problemi di importanza commerciale e scientifica che sono oltre la portata dei computer convenzionali di oggi.
AWS ha utilizzato un design innovativo per l’architettura di Ocelot, integrando la correzione degli errori da zero e utilizzando il “cat qubit”. La nuova architettura basata sui “cat qubit”, è una tecnologia innovativa che consente di minimizzare gli errori quantistici e di accelerare lo sviluppo di applicazioni pratiche nel campo del quantum computing. Questo approccio potrebbe ridurre significativamente le risorse necessarie per la correzione degli errori, abbassando i costi e accelerando i tempi per la realizzazione di computer quantistici su larga scala.
Computer quantistici pratici e tolleranti ai guasti
La storia mostra che importanti progressi nel campo dell’informatica sono stati compiuti ripensando radicalmente i componenti hardware, poiché ciò può avere un impatto significativo su costi, prestazioni e persino sulla fattibilità di una nuova tecnologia. La rivoluzione informatica è davvero decollata quando il transistor ha sostituito il tubo a vuoto, consentendo ai computer grandi come una stanza di essere ridotti agli attuali laptop compatti e molto più potenti, affidabili e a basso costo. Scegliere il giusto elemento costitutivo per la scalabilità è fondamentale e l’annuncio di oggi rappresenta un passo importante nello sviluppo di mezzi efficienti per passare a computer quantistici pratici e tolleranti ai guasti.
“Con i recenti progressi nella ricerca quantistica, la questione non è più se, ma quando i computer quantistici pratici e tolleranti ai guasti saranno disponibili per applicazioni nel mondo reale. Ocelot rappresenta un passo importante in questo viaggio”, ha affermato Oskar Painter, direttore di Quantum Hardware di AWS. “In futuro, i chip quantistici costruiti secondo l’architettura Ocelot potrebbero costare solo un quinto degli approcci attuali, a causa del numero drasticamente ridotto di risorse necessarie per la correzione degli errori. Concretamente, crediamo che questo accelererà il nostro percorso verso un computer quantistico pratico fino a cinque anni”.
La sfida principale con l’informatica quantistica
Una delle maggiori sfide con i computer quantistici è che sono incredibilmente sensibili ai più piccoli cambiamenti, o “rumore”, nel loro ambiente. Vibrazioni, calore, interferenze elettromagnetiche provenienti da telefoni cellulari e reti Wi-Fi, o anche raggi cosmici e radiazioni provenienti dallo spazio, possono far uscire i qubit dal loro stato quantistico, causando errori nel calcolo quantistico eseguito. Ciò ha storicamente reso estremamente difficile costruire computer quantistici in grado di eseguire calcoli affidabili e senza errori di qualsiasi complessità significativa. “La sfida più grande non è solo costruire più qubit”, ha affermato Painter. “ma farli funzionare in modo affidabile.”
Per risolvere questo problema, i computer quantistici si affidano alla correzione degli errori quantistici che utilizza codifiche speciali di informazioni quantistiche su più qubit, sotto forma di qubit “logici”, per proteggere le informazioni quantistiche dall’ambiente. Ciò consente anche il rilevamento e la correzione degli errori non appena si verificano. Sfortunatamente, dato l’enorme numero di qubit necessari per ottenere risultati accurati, gli attuali approcci alla correzione degli errori quantistici hanno comportato costi enormi, e quindi proibitivi.
Ocelot in breve
- Ocelot è un prototipo di chip di calcolo quantistico, progettato per testare l’efficacia dell’architettura di correzione degli errori quantistici di AWS.
- È costituito da due microchip di silicio integrati. Ogni chip ha un’area di circa 1 cm2. Sono collegati uno sopra l’altro in uno stack di chip collegato elettricamente.
- Sulla superficie di ciascun microchip di silicio sono presenti sottili strati di materiali superconduttori che formano gli elementi del circuito quantistico.
- Il chip Ocelot è composto da 14 componenti principali: cinque qubit di dati (i qubit cat), cinque “circuiti buffer” per stabilizzare i qubit di dati e quattro qubit aggiuntivi per rilevare errori sui qubit di dati.
- I cat qubit memorizzano gli stati quantistici utilizzati per il calcolo. Per fare ciò, si affidano a componenti chiamati oscillatori, che generano un segnale elettrico ripetitivo con tempi costanti.
- Gli oscillatori di alta qualità di Ocelot sono realizzati con una sottile pellicola di materiale superconduttore chiamato tantalio. Gli scienziati dei materiali AWS hanno sviluppato un modo specifico di elaborare il tantalio sul chip di silicio per migliorare le prestazioni dell’oscillatore.
