Alessandro Giovannini
Un ulteriore passo avanti nella tecnologia che rappresenta il futuro dell’informatica.
La tecnologia del computer quantico sta crescendo a ritmi esponenziali. Solo nel 2022 IBM annunciò la creazione del primo computer con un chip a 433 qubit, il quadruplo rispetto alla generazione precedente risalente ad un anno prima, e 16 volte il numero di qubit del primo chip Falcon realizzato nel 2019. Ora, la startup Atom Computing è riuscita a spiazzare la concorrenza con un nuovo primato difficile da raggiungere. Prima di tutto specifichiamo che il computer quantistico è un computer che fa uso di matrici di atomi intrappolati con tecnologie ottiche, il che permette di modificarne lo stato oltre ai classici “acceso/spento” dei classici circuiti a transistor. In questo modo un singolo valore quantistico corrisponde simultaneamente a più valori classici.
Atom Computing è riuscita a realizzare il primo computer quantistico al mondo a superare i 1000 qubit fisici (precisamente sono 1.180) basandosi su atomi neutri in stato di Rydberg che garantiscono un tempo di coerenza di 40 secondi, una finestra sorprendentemente alta rispetto a qubit basati su altri espedienti (ad esempio gli ioni).
Laser direzionali e prestazioni a servizio
Il segreto è l’utilizzo di laser per indirizzare gli atomi che si trovano nello stato di Rydberg, ovvero possiedono gli elettroni più esterni debolmente legati al nucleo, e fluttuanti a grande distanza da esso. Quando due atomi si trovano in questo stato e sono a breve distanza l’uno dall’altro, possono divenire entangled. E poiché i laser consentono di stabilire la direzione di singoli atomi, ciò consente anche di mettere in relazione tra loro specifici atomi. In questo modo Atom Computing riesce ad organizzare gli atomi in modo ordinato e in spazi ristretti.
Solo nel 2021 erano riusciti ad organizzarli in una griglia di 10×10 atomi, e nello spazio di appena un biennio sono riusciti a triplicare questo valore, calando il sistema di un intero ordine di grandezza. L’esperimento più recente è riuscito ad organizzare atomi in griglie 35×35, per un totale di 1225 potenziali atomi (come detto il test effettivo ne ha organizzati 1180): si tratta del computer col più alto numero di qubit mai realizzato finora e, sebbene si sia trattato di un test di laboratorio, Atom Computing si dice fiduciosa della possibilità di iniziarne la commercializzazione già a partire dal prossimo anno.
Scordatevi per il momento una commercializzazione consumer: i computer quantistici sono ancora nella loro fase embrionale, e richiedono tantissima ricerca prima di funzionare a dovere. Sebbene siano in grado di eseguire, nello spazio si secondi, calcoli che un PC normale impiegherebbe anni o decenni, soffrono ancora di alte percentuali di imprevedibilità. Inoltre al momento hanno una dimensione generosa, che ci riporta alla mente i mainframe universitari degli anni ’70. L’evoluzione della tecnologia procede anche dalla sempre maggior miniaturizzazione dei componenti. Solo poche multinazionali e centri di ricerca attualmente possiedono computer quantistici, e spesso si tratta degli stessi enti che ne finanziano lo sviluppo.
Attualmente le dimensioni della scatole che contengono le griglie, i sistemi ottici e laser di Atom Computing hanno una dimensione di 12 x 5 piedi ciascuna (1,5 x 3,6 metri), questo senza contare il resto dell’hardware di cui necessita un qualsiasi computer per funzionare. L’intenzione della compagnia è quello di “affittare” le prestazioni delle proprie macchine secondo un modello battezzato “Quantum Computing as a Service” (QCaaS). Lo scopo è insomma quella di offrire servizi di cloud. In ogni caso al momento il computer quantistico è limitato artificialmente all’esecuzione di algoritmi che non richiedano l’utilizzo dell’intera griglia, il che darebbe adito a margini di errore troppo elevati. Si spera che con il passare del tempo e la sofisticazione della tecnologia questi limiti possano venir meno. Nel frattempo, i qubit in eccesso possono essere utilizzati per operazioni di calcolo parallelo e/o verifica, in modo da ridurre ulteriormente la possibilità di errore e velocizzare ulteriormente il calcolo.
E ora?
I prossimi passi vertono proprio sulla riduzione del margine di errore dei sistemi quantistici e nell’aumento della loro scalabilità. L’ambizione di Atom Computing sarebbe quella di arrivare a creare sistemi di decine migliaia, se non milioni di qubit: sistemi così densi da essere a prova di errore. Per fare ciò si devono vincere una serie di sfide relative all’innovazione tecnologica non solo dei qubit in sé, ma anche di tutta la tecnologia che vi sta intorno: ad esempio passare da 100 a 1000 qubit ha richiesto ingenti risorse nel perfezionamento della tecnologia laser, necessario a diminuire il rumore di fondo del laser stesso.
Alla crescita del numero di qubit aumenta anche la difficoltà di spostamento e aggancio degli atomi. Mettere in entanglement specifici atomi diventa più difficile all’aumentare del loro numero, con il rischio che si creino colli di bottiglia che finiscano per rallentare l’intero processo. Per ovviare al problema sarà necessario rifinire ancor più le tecniche di puntamento, oltre ad approfondire l’opportunità di realizzare griglie che si sviluppino tridimensionalmente.