Google usa la “magia” per ridurre gli errori nel calcolo quantistico

I ricercatori di Google hanno dimostrato un nuovo metodo per ridurre gli errori nel calcolo quantistico, avvicinando l’azienda alla costruzione di macchine capaci di risolvere problemi pratici. Testata sul processore quantistico Willow dell’azienda, la tecnica, chiamata “coltivazione degli stati magici”, ha ridotto gli errori di preparazione di circa 40 volte e ha prodotto stati quantistici con una fedeltà logica del 99,99 %.

Il termine “stati magici” è un concetto consolidato nel calcolo quantistico, non un riferimento a qualcosa di soprannaturale. Questi stati consentono ai computer quantistici di eseguire determinate operazioni necessarie per il calcolo quantistico universale, comprese quelle implementate mediante porte T. Poiché gli stati magici vengono consumati durante i calcoli e non possono essere riutilizzati, produrli in modo affidabile su larga scala rappresenta una notevole sfida ingegneristica.

I metodi esistenti per produrre stati magici utilizzano un processo chiamato distillazione degli stati magici, che combina più stati imperfetti per produrne un numero inferiore ma più affidabile. Secondo Google, questo processo può consumare una quota considerevole delle risorse di un computer quantistico, lasciando meno capacità per i calcoli veri e propri.

Il metodo di coltivazione di Google adotta un approccio diverso. Anziché elaborare grandi lotti di stati imperfetti, il sistema prepara singoli stati e li controlla ripetutamente mediante misurazioni progettate per rilevare gli errori senza distruggere gli stati esaminati. I tentativi che non superano i controlli vengono scartati, conservando solo i risultati più affidabili.

Sul processore Willow di Google, la tecnica ha ridotto gli errori di preparazione di circa 40 volte rispetto agli stati preparati senza coltivazione. Gli stati risultanti hanno raggiunto una fedeltà logica del 99,99 %, indicando un tasso di errore molto basso. Tuttavia, questa precisione ha avuto un costo: nelle prove sperimentali più rigorose, circa il 92 % dei tentativi è stato scartato, lasciandone solo l’8 % utilizzabile.

Anche misurare errori così piccoli ha rappresentato una sfida. Il gruppo ha sviluppato una tecnica chiamata tomografia kickback dopo aver scoperto che le fluttuazioni di temperatura e il rumore delle apparecchiature elettriche alteravano le misurazioni iniziali. I ricercatori hanno poi dimostrato che gli stati coltivati potevano essere trasferiti in un codice di correzione degli errori quantistici più grande, sebbene il trasferimento introducesse ulteriori errori.

L’esperimento non realizza un computer quantistico completo e tollerante ai guasti. Affronta invece uno specifico collo di bottiglia ingegneristico: produrre gli stati di alta qualità necessari per calcoli utili senza destinare risorse hardware eccessive alla loro preparazione.