Gli scienziati di Quantinuum hanno annunciato la creazione di Helios, un rivoluzionario computer quantistico ritenuto il più potente attualmente disponibile. Questo nuovo sistema vanta capacità che superano anche i supercomputer più potenti, richiedendo potenzialmente più energia di un quasar – un oggetto celeste incredibilmente luminoso – per ottenere prestazioni comparabili utilizzando i metodi di calcolo convenzionali. Questa svolta racchiude un immenso potenziale per la scoperta scientifica e il progresso tecnologico.
L’architettura di Helios
Al centro di Helios si trova un’unità di elaborazione quantistica (QPU) composta da 98 qubit fisici, ciascuno realizzato con ioni di bario. Questi qubit sono disposti in un’esclusiva formazione a “trappola ionica di giunzione”, simile a un anello con una giunzione incrociata alla base e che si estende in due aste parallele.
Miglioramento delle prestazioni tramite la correzione degli errori
Questa disposizione distintiva migliora significativamente il rilevamento e la correzione degli errori, portando a prestazioni superiori rispetto alle QPU esistenti. Gli scienziati di Quantinuum hanno ottenuto questo risultato unendo i 98 qubit fisici in 48 qubit logici completamente corretti dagli errori. Questi qubit logici funzionano come set accoppiati, incorporando qubit di riserva per ridurre al minimo la probabilità di guasto. Il team ha dimostrato “prestazioni migliori del pareggio”, il che significa che i codici di correzione degli errori effettivamente migliorano l’output del processore rispetto all’esecuzione dei calcoli senza di essi: un’impresa impegnativa. Mentre le ipotesi precedenti suggerivano un rapporto di 10:1 tra qubit fisici e logici, Quantinuum ha raggiunto un impressionante rapporto di 2:1, aprendo la strada alla scalabilità verso sistemi ancora più grandi.
Nuovo linguaggio di programmazione e motore di controllo
Per completare l’hardware, il team ha sviluppato Guppy, un nuovo linguaggio di programmazione basato sul ampiamente utilizzato Python, progettato per essere compatibile con i futuri sistemi di tolleranza agli errori. Fondamentalmente, hanno anche costruito un sofisticato stack di controllo, compreso un motore di controllo in tempo reale – il “cervello classico” della macchina – in grado di rilevare e risolvere errori. Questo motore utilizza le GPU Nvidia per decodificare le informazioni sugli errori e inviare le correzioni al computer quantistico, garantendo un funzionamento efficiente e la mitigazione degli errori.
Benchmarking e fedeltà
Il sistema Helios ha dimostrato prestazioni eccezionali in una serie di esperimenti di riferimento. La QPU ha raggiunto una notevole fedeltà del 99,921% su tutte le coppie di qubit e una fedeltà del 99,9975% su porte quantistiche a singolo qubit. Il team ha battuto i record precedenti nel benchmark RCS (Random Circuit Sample), precedentemente stabilito dal Willow QPU di Google, consolidando ulteriormente la posizione di Helios come leader nel calcolo quantistico.
L’importanza della correzione degli errori
Sebbene alcuni computer quantistici abbiano più qubit fisici, le prestazioni dipendono dalla qualità dei qubit e dalla riduzione al minimo dei tassi di errore. Questo è il motivo per cui gli scienziati si stanno concentrando sempre più sulla correzione degli errori quantistici (QEC), che affronta i tassi di errore significativamente più elevati nei qubit rispetto ai bit nei computer convenzionali.
Nuove scoperte attraverso la simulazione
Per mostrare le capacità di Helios, gli scienziati hanno simulato un metallo superconduttore ad alta temperatura, rivelando un comportamento degli elettroni precedentemente sconosciuto. Hanno scoperto che gli elettroni si accoppiano attraverso l’entanglement mentre si trovano in uno stato superconduttore – una “firma della superconduttività” – e questa firma scompare quando il metallo non è superconduttore.
Osservare l’inosservabile
Questa osservazione deriva da un modello basato su un precedente esperimento in cui gli scienziati hanno indotto brevemente la superconduttività in un pezzo di metallo La3Ni2O. Questa simulazione ha permesso agli scienziati di osservare fenomeni a livello atomico, cosa impossibile nei tradizionali esperimenti “wet lab” in cui il materiale è presente. La nuova macchina segna il primo computer quantistico in grado di osservare questo fenomeno, aprendo nuove strade per la ricerca sulla scienza dei materiali.
La strada da percorrere
Avendo creato questa innovativa architettura di calcolo quantistico, Quantinuum è fiducioso nella sua scalabilità. Il design della trappola ionica a giunzione consente un routing e un accoppiamento efficienti dei qubit, e i ricercatori prevedono di integrare numerose giunzioni di questo tipo nelle macchine future, consentendo un’enorme scalabilità e avvicinando il calcolo quantistico a superare le capacità dei supercomputer classici.
“Puoi pensarlo come un incrocio di traffico in cui i qubit possono instradarli in modo davvero efficiente e accoppiarli”, ha detto Hayes, riferendosi all’incrocio che segue l’anello nella nuova disposizione. “E ora che questo funziona, pensiamo che dovrebbe essere abbastanza semplice inserire molte di queste cose cercando di chiudere la finestra nella macchina di prossima generazione e scalare davvero queste macchine fino a raggiungere numeri enormi.”
Lo sviluppo di Helios rappresenta un significativo passo avanti nell’informatica quantistica, offrendo potenza e precisione senza precedenti per l’esplorazione scientifica e aprendo la strada a future scoperte in vari campi.
