Willow è il chip quantistico di Google che comprime un calcolo di 10 quadrilioni di anni in soli 5 minuti

L’innovativo chip da 105 qubit supera i limiti dei supercomputer tradizionali, dimostrando capacità di calcolo estreme.

Google ha presentato Willow, il nuovo chip quantistico capace di risolvere in 5 minuti un benchmark che Frontier, uno dei supercomputer più potenti al mondo, impiegherebbe 10 quadrilioni di anni (10^25) a completare, molto più dell’esistenza dell’intero Universo.

Il benchmark eseguito in cinque minuti è il Random Circuit Sampling (RCS), che misura le prestazioni rispetto ai computer classici ma non ha applicazioni reali conosciute. 

Tuttavia l'RCS è il benchmark più difficile che si possa fare oggi su un computer quantistico, ed è il primo test che un elaboratore di questo tipo deve superare per dimostrare di essere in grado di battere i supercomputer classici. 

Rispetto ai precedenti chip quantistici di Google, Willow è 5 volte più veloce ...

Per capire Willow bisogna incontrare i qubit

I qubit (quantum bit) rappresentano l’unità base del calcolo quantistico. 

A differenza dei bit classici, che possono assumere solo due stati, 0 o 1, i qubit sfruttano le proprietà della meccanica quantistica, come la sovrapposizione e l’entanglement, per esistere in una combinazione di stati 0 e 1 contemporaneamente. Questa capacità consente ai qubit di eseguire calcoli paralleli su larga scala.

Il valore di un qubit deve essere ben definito solo quando viene fatta una misurazione per estrarre un output. In tutti gli altri momenti, il suo stato sarà qualcosa di più complesso di quello che può essere comunicato da un semplice valore binario. 

E per rappresentare i suoi stati probabilistici si utilizza la sfera di Bloch e calcoli sui vettori e sulle matrici.

Un qubit rappresentato in una sfera di Bloch

I qubit, tuttavia, sono sì estremamente "potenti" ma anche molto delicati. 

Piccole interferenze ambientali possono alterarne lo stato, generando errori che si propagano rapidamente durante le operazioni computazionali. Gestire questi errori è una sfida centrale per lo sviluppo di computer quantistici affidabili; e finora i tentativi di correzione degli errori spesso introducevano più problemi di quanti ne risolvessero.

Willow e le griglie di qubit

La novità di Willow è che il chip utilizza una griglia di qubit organizzata in una struttura bidimensionale, chiamata “codice di superficie” ("surface code", nello studio pubblicato su Nature).

In questa configurazione, i qubit sono disposti su una matrice regolare, dove ogni qubit può interagire con i suoi vicini. Questa disposizione permette di distribuire l'informazione di un qubit logico su più qubit fisici, creando una sorta di "rete di sicurezza" per rilevare e correggere gli errori.

Fonte: Google

La griglia di Willow, con i suoi 105 qubit, include anche qubit dedicati alla rimozione di errori più complessi, come le perdite di stato (leakage), e che consente al chip di rimanere al di sotto della “soglia critica”.

Nel calcolo quantistico, il concetto di soglia critica rappresenta il limite entro cui il tasso di errore dei qubit fisici deve rimanere per consentire una correzione degli errori efficace. 

Se il tasso di errore fisico è inferiore a questa soglia, l’errore logico diminuisce esponenzialmente all’aumentare del numero di qubit fisici utilizzati per rappresentare un qubit logico. 

Ed è un comportamento fondamentale per la scalabilità dei computer quantistici.

Nel chip Willow, Google ha dimostrato per la prima volta che un sistema quantistico può operare sotto questa soglia critica, grazie a un tasso di errore logico di appena 0,143% per ciclo di correzione.

In sostanza, Willow ha dimostrato che l'aumento del numero di qubit fisici dedicati alla correzione degli errori porta a una riduzione esponenziale del tasso di errore del qubit logico.

Questo risultato indica che è possibile migliorare la qualità dei qubit logici aumentando le risorse dedicate alla correzione degli errori: un passo fondamentale verso la costruzione di computer quantistici su larga scala.

Fonte: www.dday.it

E a proposito della velocità dei computer e di questo nuovo chip in particolare, non posso non evocare il celebre racconto che Arthur C. Clarke scrisse nel 1953,  “The Nine Billion Names of God”.

Si può leggere qui: 

I nove miliardi di nomi di Dio 😊