Gli scienziati di IBM affermano di aver sviluppato un metodo per gestire l’inaffidabilità insita nei processori quantistici, forse fornendo una svolta tanto attesa per rendere i computer quantistici pratici quanto quelli convenzionali, o anche di più.

Il progresso, dettagliato in uno studio pubblicato sulla rivista Nature, arriva quasi quattro anni dopo che Google aveva dichiarato con entusiasmo il raggiungimento della «Quantum Supremacy» (la «supremazia quantistica») quando i suoi scienziati avevano dichiarato di aver dimostrato che il loro computer quantistico potrebbe superare uno classico.

Nel calcolo quantistico, tale «supremazia quantistica», corrisponde alla dimostrazione che un dispositivo quantistico programmabile può risolvere un problema che nessun computer classico può risolvere in un periodo di tempo fattibile.

Le affermazioni di supremazia quantistica al momento non sembrano aver avuto seguito. L’esperimento di Google è stato criticato in quanto privo di meriti nel mondo reale, e non è passato molto tempo prima che altri esperimenti dimostrassero che i supercomputer classici potevano ancora superare quelli di Google, ricorda Futurism.

I ricercatori di IBM, tuttavia, sembrano fiduciosi che questa volta l’avanzamento sia veritiero. «Stiamo entrando in questa fase dell’informatica quantistica che io chiamo utilità, l’era dell’utilità», ha dichiarato al New York Times Jay Gambetta, IBM Fellow e vicepresidente di IBM Quantum Research.

L’informatica quantistica fondamentalmente sfrutta due principi della meccanica quantistica. La prima è la sovrapposizione («superposition»), la capacità di una singola particella, in questo caso bit quantistici o qubit, di trovarsi contemporaneamente in due stati separati. Poi c’è l’entanglement, che permette a due particelle di condividere simultaneamente lo stesso stato.

Questi principi – definiti dai fisici come spooky, cioè spettrali – consentono a un numero molto inferiore di qubit di competere con la potenza di elaborazione dei bit regolari, che possono essere costituiti solo da uno o zero secondo codice binario. Per quanto incredibile, a livello quantico le particelle esistono stranamente in stati incerti, che sorgono in una fastidiosa casualità nota come «rumore quantico».

Gestire questo rumore è la chiave per ottenere risultati pratici da un computer quantistico. Un leggero cambiamento di temperatura, ad esempio, potrebbe far cambiare stato a un qubit o perdere la sovrapposizione.

È qui che entra in gioco il nuovo lavoro di IBM. Nell’esperimento, i ricercatori dell’azienda hanno utilizzato un processore IBM Eagle da 127 qubit per calcolare quello che è noto come modello Ising, simulando il comportamento di 127 particelle magnetiche di dimensioni quantistiche in un campo magnetico: un problema che ha valore nel mondo reale ma, a quella scala, è troppo complicato da risolvere per i computer classici.

Per mitigare il rumore quantico, i ricercatori, paradossalmente, hanno effettivamente introdotto più rumore, e poi hanno documentato con precisione i suoi effetti su ogni parte del circuito del processore e gli schemi che ne sono emersi. Da lì, i ricercatori hanno potuto estrapolare in modo affidabile come sarebbero stati i calcoli senza alcun rumore. Tale processo è chiamato «attenuazione degli errori», spiega Futurism.

Per quanto promettenti siano i risultati, «non è ovvio che abbiano raggiunto la supremazia quantistica qui», ha detto al grande quotidiano di Nuova York il coautore Michael Zaletel, un fisico dell’Università della California Berkley.

Ulteriori esperimenti dovranno confermare che le tecniche di mitigazione degli errori degli scienziati IBM non produrrebbero gli stessi risultati, o addirittura migliori, in un processore classico che calcola lo stesso problema.

Scienziati cinesi, al pari delle varie grandi aziende e università americane che stanno pesantemente investendo nei primi computer quantistici, due anni fa avevano detto con vanteria di possedere il computer quantistico più potente del mondo.

Come riportato da Renovatio 21, l’avvento dell’era dei computer quantistici sta già creando effetti bizzarri, anche se siamo lontani dall’avere la tecnologia funzionale e implementata. Stiamo assistendo ad esempio al furto di dati crittografati da parte degli hacker in quelli che vengono chiamati «post-quantum attack»: in pratica rubano i dati oggi per poterli decrittare un domani grazie ai poteri impressionanti dei processori quantistici, con i quali, si dice, nessuna password sarà più al sicuro – ciò che è definibile come una vera «Apocalisse quantistica».

Recentemente, un gruppo di scienziati ha scoperto che i sistemi quantistici possono imitare i wormhole, scorciatoie teoriche nello spaziotempo, in quanto consentono il trasferimento istantaneo di informazioni tra luoghi distanti.

Nonostante il fatto che le particelle quantistiche non siano influenzate dalla gravità nello stesso modo in cui lo sono gli oggetti classici, il team di studio ritiene che i loro risultati possano avere conseguenze per lo studio della gravità quantistica. Lo studio è apparso questa settimana sulla rivista Nature.

«La relazione tra entanglement quantistico, spaziotempo e gravità quantistica è una delle questioni più importanti nella fisica fondamentale e un’area attiva di ricerca teorica», ha affermato in un comunicato stampa la fisica del California Institute of Technology Maria Spiropulu, autrice principale dell’articolo. «Siamo entusiasti di fare questo piccolo passo verso la sperimentazione di queste idee su hardware quantistico e continueremo così».

In pratica «i ricercatori non hanno realmente trasmesso informazioni quantistiche attraverso uno squarcio spaziotemporale, che in linea di principio unirebbe parti dell’universo precedentemente disconnesse».

Nella fisica teorica, esiste una teoria che postula che i wormhole siano analoghi all’entanglement quantistico, che Einstein definì in particolare «azione spettrale a distanza». Ciò indica che gli spin delle particelle quantistiche entangled le caratterizzano in modo univoco, anche a grandi distanze.

Quindi, grazie al loro legame speciale, le particelle quantistiche costituiscono eccellenti prototipi di teletrasporto.

Una ricerca separata del 2017 aveva mostrato che la descrizione gravitazionale dei wormhole spaziotemporali è uguale al trasferimento di informazioni quantistiche.

In quel caso, gli scienziati puntavano a dimostrare non solo l’equivalenza dei due modelli, ma anche la possibilità di descrivere la trasmissione delle informazioni in termini di gravità o entanglement quantistico.

Gli scienziati di Google sono stati in grado di utilizzare il loro computer quantistico Sycamore per il compito.

«Abbiamo eseguito una sorta di teletrasporto quantistico equivalente a un wormhole attraversabile nell’immagine gravitazionale», ha dichiarato Alexander Zlokapa, uno studente laureato al MIT e parte del team, nel comunicato. «Per fare questo, abbiamo dovuto semplificare il sistema quantistico al più piccolo esempio che preserva le caratteristiche gravitazionali in modo da poterlo implementare sul processore quantistico Sycamore di Google».

Secondo il loro documento, le informazioni che avevano inserito in un sistema quantistico erano uscite dall’altro sistema attraverso la controparte quantistica di un wormhole.

I ricercatori hanno aggiunto che il teletrasporto delle informazioni quantistiche era coerente sia con le aspettative fisiche quantistiche che con la conoscenza gravitazionale di come un oggetto si sarebbe mosso attraverso un wormhole.

Per vedere come questo trasferimento di informazioni quantistiche potrebbe evolversi in un ambiente sperimentale più complicato, il team mira a costruire dispositivi quantistici sempre più avanzati. Sono passati 87 anni da quando Einstein ei suoi collaboratori hanno descritto per la prima volta i wormhole; forse quando il concetto raggiungerà i 100, gli scienziati avranno capito come funzionano.

Quest’anno un gruppo di ricercatori internazionali ha comunicato che sarebbe possibile intrappolare interi animali nello stato quantistico. Poco prima, alcuni scienziati del politecnico bostoniano MIT avevano dichiarato di aver scattato immagini di un «Tornado quantistico».

Vi è inoltre un discorso scientifico aperto sul fatto che la fisica quantistica possa modificare il DNA umano.

L’astrofisico dell’Università di Nagoya, Fumio Abe, ha detto che potremmo aver già catturato le prove di una rete di wormhole creati da civiltà aliene nelle osservazioni esistenti, ma le abbiamo perse nel mare di dati, portando alla prospettiva intrigante che la rianalisi delle vecchie osservazioni potrebbe portare a una svolta nel SETI.

Un nuovo documento dell’Institute for Basic Science (IBS) suggerisce che la tecnologia quantistica potrebbe consentire ai futuri proprietari di veicoli elettrici di essere in grado di caricare le proprie auto in soli tre minuti.

Ciò significherebbe che le auto elettriche avrebbero la stessa velocità di fare un pieno come le auto a combustibile: uno straordinario passo avanti per la possibilità di questi veicoli del futuro di avere un successo di vendite estremamente superiore a oggi.

L’articolo, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, teorizza che le batterie quantistiche potrebbero essere sviluppate per «immagazzinare e rilasciare energia in modo rapido ed efficiente» facendo affidamento su processi quantistici come l’entanglement.

Per ottenere velocità di ricarica paragonabili a quelle di un’auto, dovresti essere in grado di caricare tutte le celle di una batteria di veicoli elettrici contemporaneamente in un processo chiamato «protocollo di ricarica globale».

Le batterie attuali non sono in grado di caricare collettivamente le loro celle, ma gli scienziati suggeriscono che la carica quantistica potrebbe consentire alle batterie di sfruttare il fenomeno. 

Il comunicato stampa aggiunge che un veicolo elettrico tradizionale ha in genere una batteria con 200 celle. La ricarica quantistica, hanno affermato che potrebbe portare a «una velocità di 200 volte superiore rispetto alle batterie classiche», riducendo il tempo di ricarica da ore a minuti. 

La ricarica quantistica non avrebbe solo un impatto sui veicoli elettrici. IBS ritiene che potrebbe essere utilizzato in altri dispositivi elettronici di consumo, nonché in future centrali elettriche a fusione. 

«Per ora, i proprietari di veicoli elettrici dovranno accontentarsi di un’attesa di 30 minuti presso una stazione di ricarica rapida o di una ricarica notturna a casa» conclude Futurism. 

Nel frattempo i cinesi affermano di avere il computer quantistico più potente al mondo, mentre il mondo si domanda se la tecnologia quantistica non comporti per caso un rischio assoluto in fatto di sicurezza dei dati.