Il Numero Quantistico: Non si conosce mai davvero il futuro

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Il Numero Quantistico: Non si conosce mai davvero il futuro

Da oltre un decennio si discute se un computer quantistico rappresenti una minaccia realistica per la rete Bitcoin. Era già un serio argomento di conversazione oltre 13 anni fa, quando io stesso scoprii Bitcoin per la prima volta. 

Ci sono stati parecchi progressi, sia sul piano teorico sia in quello dell'ingegneria concreta, da quel tempo ormai lontano in cui non ero altro che un pasticcione che cercava di capire che cosa stesse succedendo qui. 

Da allora sono stati raggiunti due traguardi importanti che fanno una differenza concreta sulla probabilità che un computer quantistico valido venga effettivamente prodotto entro il prossimo decennio o giù di lì. Ciò non significa di per sé che raggiungerà la diffusione capillare, e nemmeno una relativa facilità di accesso per chi dispone di ingenti capitali. 

Ma è molto probabile che nel prossimo futuro venga prodotta una serie di macchine valide. 

Miglioramenti nella correzione degli errori

Il primo grande miglioramento ha riguardato la correzione degli errori. Per tenere conto del rumore intrinseco al lavorare con le cose a questa scala così minuscola, ottenere un qubit logico realmente utile nel calcolo richiede in pratica l'uso di più qubit fisici ridondanti. 

Il metodo più avanzato finora per farlo erano i codici di superficie, un modo di raggruppare più qubit fisici in una griglia e usarne alcuni come qubit di controllo che periodicamente «controllano» i propri vicini per assicurarsi che nella sovrapposizione non si siano verificati errori interni (senza far collassare la sovrapposizione). Ogni spazio vuoto della griglia deve essere riempito con qubit di controllo. 

Questo requisito di qubit di controllo crea un sovraccarico aggiuntivo che può avvicinarsi in totale a 1,000 qubit fisici per ogni qubit logico, e su larga scala peggiora perché i qubit di controllo possono controllare soltanto i qubit immediatamente adiacenti. Perciò ogni raggruppamento di qubit deve avere controllori distanziati in modo equidistante. 

I codici quantistici di controllo di parità a bassa densità (qLDPC) eliminano questo collo di bottiglia, consentendo ai qubit di controllo di controllare altri qubit a grandi distanze (o tramite piste intrecciate che comunicano tra sezioni diverse del chip, oppure spostando fisicamente gli atomi come nel design ad atomi neutri) attraverso l'intero dispositivo. Ciò ha permesso una riduzione di 10x nella quantità di qubit fisici necessari per produrre un qubit logico affidabile. 

E non è affatto poca cosa. Anche se forse non è ancora una macchina pienamente funzionante che progredisce guadagnando efficienza, si tratta comunque di guadagni concreti di efficienza nei processi ingegneristici che stanno alla base della produzione di un computer quantistico pienamente funzionante. 

Progressi nel dimostrare i fondamenti

Il secondo ha a che fare con una questione più fondamentale, attorno all'affermazione secondo cui aggiungere più qubit fisici porta a una riduzione, e non a un aumento, del rumore complessivo del sistema. A questo punto è in realtà ancora teoria, e bisogna tenere presente che a oggi non è mai esistito un computer quantistico pienamente funzionante che abbia eseguito dall'inizio alla fine un calcolo di cui un computer classico non sia capace. 

Google ha condotto un esperimento con i suoi chip Sycamore (e in seguito Willow) per verificare sperimentalmente l'effetto dell'aggiunta di più qubit fisici. Per essere molto chiari, questa non è stata una dimostrazione dell'esecuzione di calcoli, ma semplicemente una dimostrazione della memorizzazione di informazioni in memoria senza che si degradassero. 

Hanno dimostrato, usando qubit logici composti da un insieme di 17 qubit fisici, da un insieme di 49 qubit fisici e da un insieme di 101 qubit fisici, che il tasso di errore logico — la frequenza di corruzione dei dati — diminuiva all'aumentare del numero di qubit fisici. Questo test ha superato una soglia critica, in cui il qubit logico creato a partire dai qubit fisici indipendenti manteneva la coerenza più a lungo di qualsiasi singolo qubit fisico di cui era composto. 

Anche in questo caso non si tratta di un salto verso un computer quantistico pienamente funzionante che esegue calcoli di cui le macchine classiche non sono capaci, ma è un progresso concreto che dimostra una delle assunzioni fondamentali alla base dei computer quantistici. 

IA

E non sono nemmeno le uniche cose per cui stiamo trovando soluzioni migliori in questo ambito. L'intelligenza artificiale è diventata una componente importante di questi sistemi. Viene usata nel processo stesso di lettura e decodifica delle informazioni provenienti da un computer quantistico, un grosso collo di bottiglia per sfruttarlo davvero su larga scala. 

L'IA viene usata anche nello sviluppo di nuovi algoritmi quantistici ottimizzati per questo tipo di macchine e, vista la recente ondata di casi in cui l'IA aiuta a risolvere (o persino a confutare congetture esistenti) grandi problemi nel campo della matematica, non è poi un salto così folle considerare la possibilità di importanti svolte rese possibili dall'IA. 

Le viene affidato lo stesso compito nella progettazione concreta dei circuiti quantistici fisici costruiti con architetture diverse. In realtà è un problema molto complesso: trovare il modo ottimale di disporre le porte quantistiche in uno spazio fisico per minimizzare il rumore a livello quantistico, senza creare così tanto spazio vuoto da introdurre latenza, inefficienza e altri problemi da risolvere. 

È un fattore che potrebbe benissimo accelerare enormemente i progressi nella risoluzione dei necessari problemi fondamentali. 

Prospettive future

In definitiva, a mio parere, tutto si riduce a una domanda: l'assunzione che aggiungere più qubit fisici riduca il rumore regge davvero quando si passa al calcolo e alla manipolazione attiva dell'informazione quantistica? 

Se quell'assunzione regge e non viene smentita sperimentalmente in un prossimo futuro, allora penso che ci siano ottime possibilità concrete che un computer quantistico valido venga prodotto nei prossimi dieci anni. 

A questo problema vengono destinate enormi risorse, ci sono progressi significativi (anche se non travolgenti) nel risolvere pezzi del problema e, se fondamentalmente esiste un modo di fare qualcosa, di solito gli esseri umani finiscono per trovarlo. 

Non sto dicendo che sia il momento di farsi prendere dal panico, ma non scartate la possibilità. 

Questo articolo è pubblicato nell'ultima edizione a stampa di Bitcoin Magazine, il Numero Quantistico. Lo condividiamo qui come anteprima delle idee esplorate lungo tutto il numero.

Questo articolo Il Numero Quantistico: Non si conosce mai davvero il futuro è apparso per la prima volta su Bitcoin Magazine ed è scritto da Shinobi.

Fonte: BitcoinMagazine