Introduzione

I ricercatori dell’Università di Waterloo hanno sviluppato un metodo che potrebbe aprire la strada alla definizione di standard universali per misurare le prestazioni dei computer quantistici. L’articolo relativo a tale scoperta è stato pubblicato su Nature Communications.

Il nuovo metodo

Il nuovo metodo, chiamato cycle benchmarking, consente ai ricercatori di valutare il potenziale di scalabilità e di confrontare una piattaforma quantistica con un’altra.

Questa scoperta potrebbe fare molto per stabilire gli standard sulle prestazioni dei computer quantistici, rafforzando gli sforzi per costruirli in modo pratico e su larga scala“, ha dichiarato Joel Wallman, assistente professore presso la Facoltà di Matematica di Waterloo e Institute for Quantum Computing. “Un metodo coerente per la caratterizzazione e la correzione degli errori nei sistemi quantistici fornisce standardizzazione per il modo in cui viene valutato un processore quantistico, consentendo un confronto equo dei progressi nelle diverse architetture“.

Il cycle benchmarking fornisce una soluzione che aiuta sia a determinare il valore comparativo delle piattaforme hardware concorrenti sia ad aumentare la capacità di ciascuna piattaforma di fornire soluzioni robuste per le loro applicazioni di interesse.

Prima era quanstica

La svolta arriva quando la corsa all’informatica quantistica si sta rapidamente riscaldando e il numero di piattaforme e offerte di elaborazione quantistica cloud si sta rapidamente espandendo. Solo nell’ultimo mese, ci sono stati annunci significativi da parte di Microsoft, IBM e Google.

Grazie al recente raggiungimento di Google della supremazia quantistica, siamo ora agli albori di quella che chiamo l era della scoperta quantistica“, ha affermato Joseph Emerson, un membro della facoltà dell’IQC.”Ciò significa che i computer quantistici forniranno soluzioni a interessanti problemi computazionali, ma sono soggetti a errori e la qualità delle loro soluzioni non può più essere verificata da computer ad alte prestazioni. Ora, però, siamo entusiasti perché il cycle benchmarking fornisce una soluzione, necessaria, per migliorare e validare le soluzioni di calcolo quantistico in questa nuova era di scoperta quantistica“.

Questo metodo determina la probabilità totale di errore in una determinata applicazione di calcolo quantistico quando l’applicazione viene implementata tramite compilazione randomizzata. Ciò significa che il cycle benchmarking fornisce il primo mezzo multipiattaforma per misurare e confrontare le capacità dei processori quantistici che è personalizzato per le applicazioni di interesse degli utenti.

Emerson e Wallman hanno fondato lo spin-off IQC Quantum Benchmark Inc., che ha già concesso in licenza questa tecnologia a diversi provider di calcolo quantistico leader a livello mondiale, incluso l’impegno di Google Quantum AI.

Caratterizzazione degli errori

I computer quantistici offrono un modo di elaborazione più potente, grazie alla meccanica quantistica. Rispetto a un computer tradizionale o digitale, i computer quantistici possono risolvere alcuni tipi di problemi in modo più efficiente. Tuttavia, i qubit – l’unità di elaborazione di base in un computer quantistico – sono fragili; qualsiasi imperfezione o fonte di rumore nel sistema può causare errori che portano a soluzioni errate nell’ambito di un calcolo quantico.

Ottenere il controllo su un computer quantistico su piccola scala con solo uno o due qubit è il primo passo in uno sforzo più ampio e più ambizioso. Un computer quantistico più grande può essere in grado di eseguire compiti sempre più complessi, come l’apprendimento automatico o la simulazione di sistemi complessi per scoprire nuovi farmaci. Progettare un computer quantistico più grande è impegnativo; lo spettro dei percorsi di errore diventa più complicato quando vengono aggiunti qubit e il sistema quantico si ridimensiona.

Wallman, Emerson e un gruppo di ricercatori dell’Università di Innsbruck hanno identificato un metodo per valutare tutti i tassi di errore che interessano un computer quantistico. 

Il cycle benchmarking è il primo metodo per verificare in modo affidabile se si è sulla buona strada per aumentare il design complessivo del proprio computer quantico“, ha affermato Wallman. “Questi risultati sono significativi perché forniscono un modo completo di caratterizzare gli errori su tutte le piattaforme di calcolo quantico“.

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