Nel 2019 i ricercatori dell’azienda statunitense erano stati i primi ad annunciare di aver raggiunto la cosiddetta supremazia quantistica con il lancio del processore Sycamore. Da allora, però, i nuovi supercomputer lo hanno raggiunto e superato. Ora Google ha creato Willow, un altro processore quantistico che secondo Julian Kelly del laboratorio Google quantum ai è il migliore mai creato dall’azienda. “Ha tutti i vantaggi di Sycamore ma una struttura diversa, abbiamo reimmaginato il processore”, spiega.

Mentre la versione più avanzata di Sycamore aveva 67 qubit (bit quantistici) per elaborare le informazioni, Willow è arrivato a 105. In teoria i computer quantistici più grandi dovrebbero essere anche più potenti, ma i ricercatori hanno scoperto che nei dispositivi più complessi i qubit faticano a restare coerenti e perdono le proprietà quantistiche. Il fenomeno è stato osservato anche da concorrenti come l’Ibm e la start-up californiana Atom Computing, che recentemente hanno presentato computer quantistici con più di mille qubit.

Secondo Kelly è per questo che il team di Google si è concentrato molto sulla loro qualità, e i qubit di Willow sono in grado di mantenere i loro complessi stati quantici – e quindi di codificare le informazioni in maniera affidabile – oltre cinque volte più a lungo rispetto a Sycamore.

Per valutare la prestazione dei suoi computer quantistici Google usa un test chiamato Rcs, che Willow ha superato a pieni voti, secondo Hartmut Neven di Google quantum ai. Il test serve per verificare se un campione di numeri elaborati da un programma che gira sul processore ha la distribuzione il più casuale possibile. Per diversi anni Sycamore è riuscito a farlo più in fretta dei migliori supercomputer mondiali, ma nel 2022, e poi di nuovo nel 2024, i computer tradizionali hanno stabilito nuovi record.

Google sostiene di aver ripristinato la distanza tra le macchine quantistiche e quelle comuni, dato che Willow ha impiegato cinque minuti per portare a termine l’operazione, mentre i supercomputer più potenti avrebbero bisogno di dieci settilioni di anni, cioè molto più dell’età dell’universo al quadrato.

Per questo confronto i ricercatori hanno creato un modello della versione del supercomputer Frontier (di recente scivolato al secondo posto per velocità) con più memoria di quanta sia attualmente in grado di usare, a riprova della straordinaria potenza computazionale di Willow. Anche se i record di Sycamore sono stati superati, Neven è convinto che Willow conserverà il primato molto più a lungo, dato che i metodi di calcolo tradizionali stanno raggiungendo i loro limiti.

Quello che ancora non è chiaro è se possa servire a qualcosa di utile, perché il test Rcs non ha applicazioni pratiche. Secondo Kelly superarlo è una condizione “necessaria ma non sufficiente” per verificare l’utilità di un computer quantistico, perché se un processore non ottiene ottimi risultati non ha nessuna probabilità di rivelarsi utile in futuro.

Il team di Google quantum ai, però, ha un altro motivo per credere in Willow: è bravissimo a correggere i propri errori. La tendenza a sbagliare tipica dei computer quantistici è uno dei principali problemi per cui non riescono ancora a mantenere la promessa di essere più potenti di ogni altra macchina. Per ovviare a questo difetto i ricercatori, compresi quelli di Google, raggruppano qubit fisici formando i cosiddetti “qubit logici”, molto più resilienti agli errori.

Con Willow il team di Google quantum ai ha dimostrato che i qubit logici più grandi sono più capaci di prevenire gli errori, e ne commettono circa la metà di quelli dei qubit fisici di cui sono composti. Inoltre il tasso di errore si dimezza ulteriormente quando la dimensione dei qubit logici raddoppia. I ricercatori hanno così raggiunto un punto in cui credono di poter continuare ad aumentare il numero di qubit – creando computer quantistici via via più grandi – e farli diventare sempre più capaci di calcolare, contrariamente a quanto succedeva finora.

“A mio avviso è un risultato unico, e anche se siamo ancora lontani dal dimostrare che un computer quantistico può avere applicazioni pratiche, è un passo importante e necessario verso quell’obiettivo”, dice Andrew Cleland dell’università di Chicago.

Secondo Martin Weides dell’università di Glasgow, nel Regno Unito, il nuovo lavoro getta le basi per la creazione di computer quantistici capaci di individuare e correggere tutti i propri errori. Le difficoltà restano, ma Weides è convinto che questi progressi aprano la strada ad applicazioni rivoluzionarie nel campo della chimica quantistica – come la scoperta di nuovi farmaci e lo sviluppo di materiali – oltre che nella crittografia e nell’apprendimento automatico.

L’enfasi posta dai laboratori universitari sulla correzione degli errori e l’espansione del settore dell’informatica quantistica hanno reso i progressi dei qubit logici un importante terreno di confronto tra i migliori computer quantistici di oggi. Nel 2023 un team di ricercatori di Harvard e la start-up QuEra hanno usato qubit creati con atomi di rubidio a bassissime temperature per creare il maggior numero di qubit logici mai realizzati. E all’inizio del 2024 i ricercatori della Microsoft e della Atom Computing hanno collegato un numero record di qubit logici mediante correlazione quantistica.

Il metodo di Google è diverso, perché invece di aumentare il numero di qubit logici preferisce ingrandirli e renderli più efficienti. Ma il vero banco di prova per Willow sarà dimostrare di saper raggiungere l’obiettivo inseguito da tutti gli altri computer quantistici, cioè fare calcoli affidabili e utili che non siano possibili per le macchine tradizionali.

Sycamore è già stato usato per fare scoperte scientifiche, per esempio nella fisica quantistica, spiega Neven, ma con Willow il team punta a impieghi più concreti. “Procediamo verso calcoli e simulazioni che i normali computer non sono in grado di fare”. ◆ sdf