IonQ costruisce il computer quantistico più potente al mondo

Catena ionica

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IonQ ha annunciato il successo dello sviluppo di due computer quantistici di ultima generazione con prestazioni da record. I sistemi di IonQ sono i primi sul mercato che memorizzano le informazioni su singoli atomi. Sono più accurati e possono eseguire calcoli più complessi di qualsiasi altro computer quantistico costruito fino ad oggi. Nel 2019 saranno messi a disposizione a gruppi di ricercatori per iniziare lo sviluppo di applicazioni nell’ambito della medicina, della chimica, dell’energia, della logistica e di altre aree in cui i computer convenzionali non sono efficaci.
I risultati sono stati annunciati da Christopher Monroe, co-fondatore e CEO di IonQ, alla conferenza Quantum for Business di San Francisco lo scorso 11 dicembre (2018).

I computer quantistici sfruttano alcune peculiari proprietà della meccanica quantistica per risolvere problemi che vanno oltre la capacità dei dispositivi convenzionali. Per raggiungere questa potenza di calcolo è necessario isolare i sistemi quantistici per poter creare i qubit (le versioni quantistiche dei tradizionali bit). Ricercatori ed ingegneri di tutto il mondo sono in corsa per costruire computer quantistici in grado di controllare un numero sempre più grande di qubit, per poter eseguire calcoli più lunghi e con meno errori.

I qubit dei nuovi sistemi di IonQ sono singoli atomi di itterbio (un elemento delle cosidette terre rare) sospesi nel vuoto. Le informazioni vengono memorizzate, elaborate e recuperate dagli atomi utilizzando precisi raggi laser. Questo approccio, chiamato trappola ionica (ion trapping), è teoricamente molto potente ma anche tecnicamente molto impegnativo. I primi computer quantistici disponibili sul mercato (nel cloud), prodotti da aziende come IBM, Google e Rigetti, utilizzando invece qubit su chip di silicio raffreddati alla temperatura di 15mK. Sebbene questo approccio tragga beneficio dalle ben collaudate procedure utilizzate dall’industria dei semiconduttori, i computer quantistici a stato solido, finora hanno dimostrato di essere molto instabili e soggetti a errori, limitandone l’utilizzo a calcoli brevi e semplici.

“In laboratorio, abbiamo visto il potenziale del calcolo delle trappole ioniche”, ha detto Monroe. “E così abbiamo avviato una società con un team incredibile per poterla commercializzare.” Monroe, Bice Seci-Zorn Professore di fisica presso l’Università del Maryland, è leader nello sviluppo del Quantum Computing con le trappole ioniche dal 1995. Nel 2016, ha fondato IonQ con il collaboratore Jungsang Kim, professore di ingegneria alla Duke.

“Dopo due anni di lavoro, la nostra scommessa sta dando i suoi frutti”, ha detto Monroe. “Il sistema IonQ è robusto. Anche in questa fase iniziale, i risultati mostrano che la tecnologia delle trappole ioniche ha tutti i vantaggi che ci aspettavamo ed anche molto di più”.

In merito alle misure di capacità, accuratezza e di altri parametri fondamentali, il sistema di IonQ ha superato tutti gli altri computer quantistici attualmente sul mercato. Ha memorizzato 160 qubit ed eseguito operazioni su 79 qubit, un record. In una configurazione di utilizzo a 13 qubit, la sua ‘gate fidelity’ (una misura della precisione delle operazioni quantistiche) è, in media, superiore al 98% sia per le operazioni su singolo qubit che su quelle a due qubit. Ciò significa che può gestire calcoli più lunghi rispetto ad altri computer quantistici commerciali.

Il potenziale del sistema IonQ e la flessibilità di un’architettura a ioni intrappolati possono essere osservati nei risultati dei benchmark utilizzando l’algoritmo di Bernstein-Vazirani. Questa applicazione verifica la capacità di un computer di individuare un numero codificato, chiamato oracolo, quando è ammessa una sola domanda a risposta chiusa (si / no). Per un oracolo a 10 bit (cioè un numero compreso tra 0 e 1023), un computer convenzionale ha successo solo per lo 0,2% delle volte. Il sistema IonQ ha eseguito l’algoritmo su tutti i possibili oracoli a 10 bit e ha osservato un tasso di successo medio del 73%. Questo è il risultato migliore finora ottenuto con un computer quantistico.

Alcuni risultati preliminari dei benchmark sono visibili nella figura qui sopra. Nei prossimi mesi IonQ pubblicherà ulteriori dettagli su riviste peer-reviewed, tra cui una nuova simulazione di chimica quantistica molto superiore a quanto è stato fino ad oggi con altri computer quantistici. Gli ingegneri di IonQ ritengono inoltre che le prestazioni del sistema miglioreranno costantemente.

“I qubit atomici sono perfetti, quindi non abbiamo bisogno di dedicare altro tempo alla fisica. Il nostro lavoro è ora focalizzato sull’ingegneria e l’integrazione dei sistemi “, ha affermato Kim. “Ogni trimestre rendiamo i nostri laser più precisi e il nostro pacchetto di trappole ioniche più potente attraverso una continua evoluzione del nostro software di controllo. Ogni miglioramento espande notevolmente la nostra potenza di elaborazione.”

Nel 2019, la società inviterà i principali esponenti del governo americano e dell’industria ad un beta test privato dei suoi sistemi.

“Se la tua azienda necessita di potenza di calcolo che eccede i limiti dei supercomputer convenzionali per attività come la medicina, la logistica o la finanza, ora è il momento di agire”, ha affermato Stewart Allen, Chief Product Officer di IonQ. “Se inizi a sviluppare algoritmi e software per la tua azienda, sarai in grado di ottenere un significativo vantaggio competitivo quando la capacità dell’hardware di calcolo quantistico supererà i computer convenzionali. Sulla base dei risultati che abbiamo osservato, quel giorno sarà prima di quanto molti si aspettino.”

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