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IBM e Qedma hanno annunciato che un computer quantistico cloud IBM con processore Quantum Heron ha risolto un problema scientifico in modo più efficace rispetto ai metodi classici, utilizzando il software QESEM di Qedma per la soppressione e mitigazione degli errori quantistici. Il sistema ha studiato un modello Floquet bidimensionale con 74 qubit, ottenendo risultati chiari anche quando gli algoritmi classici divergevano.
IBM e Qedma hanno annunciato il primo caso di un computer quantistico accessibile tramite il cloud che ha risolto un problema scientifico in modo più convincente rispetto ai principali metodi classici. L’esperimento non si è limitato a dimostrare un rapido calcolo separato: i ricercatori hanno studiato il comportamento di un sistema di 74 qubit, hanno verificato i risultati in diversi modi e hanno ottenuto risultati molto interessanti.
Il lavoro è dedicato a uno dei principali problemi dei moderni computer quantistici. I qubit sono estremamente sensibili alle interferenze esterne, agli errori di controllo e all’hardware imperfetto. Man mano che un programma diventa più complesso, il rumore si accumula e può trasformare il risultato dei calcoli in un insieme di numeri plausibili ma errati. I sistemi completi con correzione automatica degli errori rimangono un obiettivo ingegneristico impegnativo, quindi i ricercatori stanno cercando di estrarre risposte affidabili dai dispositivi esistenti.
Per l’esperimento, è stato utilizzato un computer quantistico cloud IBM con un processore Quantum Heron e il software QESEM di Qedma. Il programma non elimina i difetti fisici dei qubit, ma valuta l’influenza del rumore e corregge matematicamente i dati ottenuti. Questo approccio è chiamato soppressione e mitigazione degli errori quantistici.
Gli scienziati hanno studiato il modello Floquet bidimensionale: il modello di Ising con influenza periodica. In una forma semplificata, tale sistema descrive un insieme di elementi magnetici collegati, il cui stato cambia sotto l’influenza di impulsi ripetuti. I fisici erano interessati a sapere se le vibrazioni caratteristiche sarebbero rimaste dopo aver aumentato il numero di particelle e la durata del processo.
Il modello di Ising viene spesso utilizzato per studiare il magnetismo e il comportamento collettivo della materia. Ogni elemento può essere rappresentato approssimativamente come una minuscola freccia rivolta verso l’alto o verso il basso. Le frecce vicine si influenzano a vicenda e gli impulsi esterni interrompono regolarmente l’ordine stabilito. Se la dimensione del sistema è piccola, il movimento può comunque essere calcolato su un normale computer. All’aumentare del numero di elementi, il numero di stati possibili aumenta così rapidamente che la modellazione diretta diventa praticamente impossibile.
Un processore quantistico funziona naturalmente con più stati legati, il che lo rende adatto a tali compiti. Nell’esperimento, i ricercatori sono stati in grado di tracciare oscillazioni a lungo termine in sistemi di dimensioni fino a 74 qubit. Dopo la correzione degli errori, i risultati hanno mantenuto una struttura chiara anche in quelle fasi in cui gli algoritmi classici cominciavano a divergere.
Per i test, il team ha invitato l’istituto di ricerca giapponese RIKEN e lo sviluppatore di simulatori quantistici BlueQubit. Gli esperti hanno utilizzato diversi metodi di modellazione classica moderna basati su diversi principi computazionali. Alcuni calcoli sono stati eseguiti su Fugaku, uno dei supercomputer più potenti al mondo.
Finché il modello rimaneva relativamente piccolo, il calcolo classico e quello quantistico potevano essere confrontati direttamente. I ricercatori hanno innanzitutto utilizzato un rigoroso metodo di correzione degli errori che non spostava il risultato nella direzione desiderata. La coincidenza con i calcoli classici disponibili ha confermato l’efficienza della procedura.
Quindi hanno aumentato le dimensioni del sistema e il tempo della sua evoluzione. A questo punto il metodo di classici hanno perso gradualmente la precisione e smesso di fornire una risposta. Un algoritmo prevedeva determinati valori, l’altro mostrava dinamiche notevolmente diverse. Il computer quantistico QESEM ha continuato a mostrare oscillazioni persistenti e di lunga durata.
I ricercatori non si sono basati su un solo modo per elaborare i dati. L’opzione di correzione più scalabile è stata innanzitutto confrontata con il metodo rigoroso in un ambito in cui entrambi gli approcci potevano ancora essere testati. Solo dopo una coincidenza è stato applicato a sistemi più ampi che erano fuori dalla portata di una modellazione classica affidabile.
È stato effettuato un test aggiuntivo su computer quantistici di tipo diverso. Alcuni esperimenti sono stati ripetuti su dispositivi Quantinuum, dove vengono utilizzati ioni intrappolati al posto dei qubit superconduttori. Un comportamento simile su due diverse piattaforme hardware ha ridotto la probabilità che le fluttuazioni osservate fossero dovute alle caratteristiche di uno specifico processore o algoritmo di correzione.
Gli autori chiamano il risultato vantaggio quantistico. Ma sarà davvero così?
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