Amazon Web Services ha svelato Ocelot, il suo primo processore quantistico

Amazon Web Services (AWS) ha annunciato Ocelot, un nuovo processore quantistico che, rispetto agli approcci attuali, punta a ridurre i costi di implementazione della correzione degli errori quantistici fino al 90%.

Sviluppato dal team dell'AWS Center for Quantum Computing del California Institute of Technology, Ocelot punta a risolvere problemi di importanza commerciale e scientifica che sono al di là della portata degli attuali computer convenzionali.

Attualmente il processore quantistico è ancora un prototipo, costituito da due microchip di silicio integrati, posti uno sopra l'altro e collegati elettricamente, ognuno con un'area di circa 1 cm2. Sulla superficie di ciascun microchip sono presenti sottili strati di materiali superconduttori che costituiscono gli elementi del circuito quantistico.

Ocelot è differente da Majorana 1 di Microsoft. Ocelot si basa sui cosiddetti "cat qubit", "qubit gatto", che prendono il nome dal famoso esperimento del gatto di Schrödinger. I qubit gatto sopprimono intrinsecamente alcune forme di errore, riducendo le risorse necessarie per la correzione degli errori quantistici.

I cat qubit memorizzano gli stati quantistici utilizzati per la computazione. Per farlo, si affidano a componenti chiamati oscillatori, realizzati in tantalio, che generano un segnale elettrico ripetitivo con una tempistica costante.

Con Ocelot, i ricercatori di AWS hanno combinato per la prima volta la tecnologia dei qubit gatto e altri componenti di correzione degli errori quantistici in un microchip che può essere prodotto in modo scalabile utilizzando processi mutuati dall'industria microelettronica. Il chip Ocelot prevede, nella sua incarnazione attuale, cinque qubit di dati (i cat qubit), cinque "circuiti tampone" per stabilizzare i qubit di dati e quattro qubit aggiuntivi per rilevare gli errori sui qubit di dati.

"Con i recenti progressi della ricerca quantistica, non è più questione di se, ma di quando saranno disponibili computer quantistici pratici e tolleranti ai guasti per le applicazioni del mondo reale. Ocelot è un passo importante in questo percorso", ha dichiarato Oskar Painter, direttore di Quantum Hardware dell'AWS.

"In futuro, i chip quantistici costruiti secondo l'architettura Ocelot potrebbero costare anche solo un quinto rispetto agli approcci attuali, grazie al numero drasticamente ridotto di risorse necessarie per la correzione degli errori. Concretamente, crediamo che questo accelererà la nostra tempistica verso un computer quantistico pratico fino a cinque anni".

I computer quantistici sono incredibilmente sensibili ai più piccoli cambiamenti, o "rumore", nel loro ambiente. Le vibrazioni, il calore, le interferenze elettromagnetiche, o persino i raggi cosmici e le radiazioni provenienti dallo spazio esterno, possono far uscire i qubit dal loro stato quantico, causando errori nella computazione quantistica in corso. "La sfida più grande non è solo costruire più qubit", ha detto Painter. "È farli funzionare in modo affidabile".

Per risolvere questo problema, i computer quantistici si affidano alla correzione degli errori quantistici, che utilizza speciali codifiche delle informazioni quantistiche su più qubit, sotto forma di qubit "logici", per proteggere le informazioni quantistiche dall'ambiente. Ciò consente anche di rilevare e correggere gli errori nel momento in cui si verificano. Purtroppo, dato l'enorme numero di qubit necessari per ottenere risultati accurati, gli approcci attuali alla correzione degli errori quantistici hanno un costo enorme e quindi proibitivo.

Per risolvere gli attuali problemi associati alla correzione degli errori quantistici, i ricercatori hanno progettato Ocelot da zero con la correzione degli errori "incorporata".

"Abbiamo esaminato il modo in cui altri si stavano avvicinando alla correzione degli errori quantistici e abbiamo deciso di prendere una strada diversa", ha detto Painter. "Non abbiamo preso un'architettura esistente e poi abbiamo cercato di incorporare la correzione degli errori in un secondo momento. Abbiamo scelto il nostro qubit e la nostra architettura con la correzione degli errori quantistici come requisito principale. Siamo convinti che, se vogliamo realizzare computer quantistici pratici, la correzione degli errori quantistici deve essere la prima cosa da fare".

Infatti, secondo Painter, il suo team stima che la scalata di Ocelot verso "un computer quantistico a tutti gli effetti in grado di avere un impatto trasformativo sulla società richiederebbe appena un decimo delle risorse associate agli approcci standard di correzione degli errori quantistici".

Riducendo la quantità di risorse necessarie, i computer quantistici potranno essere costruiti più piccoli, più affidabili e a costi inferiori, accelerando il percorso verso l'applicazione dell'informatica quantistica a future applicazioni nel mondo reale, come la scoperta e lo sviluppo di farmaci più rapidi, la produzione di nuovi materiali, la capacità di fare previsioni più accurate sul rischio e sulle strategie di investimento nei mercati finanziari e molto altro ancora.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in un articolo di ricerca peer-reviewed su Nature. È inoltre possibile leggere un articolo più tecnico su Ocelot sul sito web di Amazon Science.