Il chip Willow di Google esegue un algoritmo quantistico 13.000 volte più veloce dei supercomputer: ecco come il suo design superconduttore lo rende possibile

Google ha annunciato un importante passo avanti nel suo tentativo di ottenere un calcolo quantistico utilizzabile. Il processore Willow dell'azienda ha riferito di aver eseguito un complesso algoritmo Quantum Echoes circa 13.000 volte più velocemente degli attuali supercomputer classici più veloci.

Willow rappresenta un salto significativo rispetto alla svolta di Google con il chip Sycamore nel 2019. A differenza di quest'ultimo, il primo chip superconduttore ha un valore reale. Ha dimostrato un'applicazione nello sviluppo dell'AI, nella modellazione chimica e nella ricerca sui materiali avanzati, secondo i risultati pubblicati su Nature.

Come funziona il chip quantistico superconduttore di Google

Il chip di Willow impiega 105 qubit superconduttori (qubit è l'abbreviazione di quantum bit, l'unità di base dell'informazione nell'informatica quantistica; è simile al bit nell'informatica classica). Ogni qubit funziona come un finto atomo e può ospitare informazioni in sovrapposizione o in più stati contemporaneamente.

Quando i qubit si aggrovigliano (uno stato in cui due o più qubit hanno un effetto l'uno sull'altro, indipendentemente dalla distanza che li separa), passano informazioni quantistiche in tempo reale. Ciò consente al processore di analizzare più soluzioni contemporaneamente.

I sistemi quantistici devono essere stabili per mantenere una relazione prevedibile tra i loro stati quantistici nel tempo. Per questo motivo, Google ha progettato Willow per operare vicino allo zero assoluto, tenendo lontano il calore e le interferenze vibrazionali.

L'architettura del chip è ottimizzata per la velocità e la precisione, e l'esperimento ha riportato fedeltà di gate a singolo qubit del 99,97 percento e gate di entangling del 99,88 percento. Questo rende Willow ideale per l'esecuzione di algoritmi quantistici su larga scala.

(La fedeltà del gate è una misura del funzionamento di un gate quantistico rispetto alla sua versione ideale, priva di errori. Più si avvicina al 100 percento, più si comporta come il suo modello teorico)

Come Google ha convalidato la capacità di calcolo quantistico di Willow

Il progetto Willow è speciale per la sua verificabilità. Grazie alla capacità di convalidare i risultati dell'algoritmo Quantum Echoes su diverse macchine o condizioni di laboratorio, Google ha potuto soddisfare i requisiti chiave per rivendicare la superiorità quantistica.

L'algoritmo Quantum Echoes aiuta i ricercatori a modellare il comportamento molecolare, i legami chimici e le strutture elettroniche in modo più accurato rispetto alle simulazioni classiche. Il chip ha alimentato un supercomputer che ha risolto l'algoritmo, fornendo risultati in un tredicesimo di tempo rispetto a un supercomputer classico.

Come ha detto Tom O'Brien, ricercatore di Google, la riproducibilità di Willow è ciò che separa le scoperte teoriche da quelle pratiche. Ha dichiarato: "Se non possiamo dimostrare che i dati sono corretti, non possiamo farci nulla"

Un altro ricercatore del progetto, il premio Nobel Michel H. Devoret, che era il fisico principale, ha detto: "Abbiamo dimostrato che i circuiti elettrici possono comportarsi come gli atomi. Ora stiamo mostrando cosa possono fare questi atomi artificiali"

Cosa significa la scoperta di Google Willow per l'informatica quantistica per l'AI e la scienza?

Il chip superconduttore Willow può aiutare a ridurre di molto il tempo necessario agli scienziati per simulare i sistemi biologici. Ha anche il potenziale per gestire gli scenari in cui l'informatica classica non riesce a generare serie di dati accurati.

Il processore di Google può anche essere applicato ai progetti di nuovi materiali e all'addestramento di sistemi AI efficienti dal punto di vista dei dati. Se ulteriormente convalidata, la scoperta di Willow potrebbe portare la computazione quantistica alla soglia della praticità e della scalabilità nella risoluzione di problemi industriali.