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Quantum computing: arriva Osprey, il chip da 433 qubit di Ibm

L’ultimo processore Ibm per il calcolo quantistico promette di triplicare i qubit del suo predecessore e sfrutta un nuovo modello di cablaggio che potrebbe risolvere alcuni dei problemi di instabilità dei qubit.

di Nicoletta Boldrini

3' di lettura

Un anno fa l'annuncio di Eagle, il primo processore quantistico con più di 100 qubit, ora il debutto di Osprey, il nuovo chip che possiede più del triplo dei qubit del suo predecessore (ben 433 bit quantistici - qubit). Non si arresta la corsa di IBM verso il primo computer quantistico universale con oltre 1.000 qubit (si chiamerà Condor ed il suo arrivo è previsto nel 2023). Tra gli obiettivi dichiarati, seppur decisamente difficili da raggiungere, arrivare ad avere un sistema quantistico con oltre 4.000 qubit entro il 2025.

Alcuni dei problemi più critici dei computer quantistici sono da sempre legati alla loro instabilità (i qubit sono molto fragili e volatili, perdono velocemente le loro qualità quantiche a causa di vibrazioni, surriscaldamento, onde elettromagnetiche e altre “interferenze”), e all'enorme quantità di energia necessaria per il funzionamento ed il raffreddamento; basti pensare che il primo computer quantistico messo a disposizione da IBM in cloud, nel 2016, per consentire a chiunque di sperimentare le potenzialità del quantum computing, è formato da un dispositivo con 5 qubit, ciascuno dei quali è un circuito superconduttore raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto di circa 20 milliKelvin (-273 gradi C).

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La progettazione dell'architettura del computer quantistico (spesso descritta come un “lampadario dorato” fatto a strati – con uno strato iniziale dove risiede il processore e una serie di strati sottostanti con i componenti di controllo e lettura, collegati da filamenti di cavi a microonde) incide moltissimo sulla stabilità dei qubit e sulle loro “performance”. Il nuovo Osprey ha un’architettura simile a quella del suo predecessore Eagle, essendo composto proprio da un singolo strato di qubit in cima a diversi strati di cablaggio di controllo; un modello architettura che permette di stipare più qubit riducendo il loro tasso di errore.

Al nuovo sistema targato IBM, è però stato aggiunto un sistema di filtraggio integrato che contribuisce a ridurre il “rumore” (che rende instabili i qubit) e a migliorare la stabilità del dispositivo. Una strategia iniziata con Eagle e continuata con Osprey, infatti, è separare i cavi e gli altri componenti necessari per la lettura e il controllo modellando un cablaggio multilivello che, dio fatto, aiuta a proteggere i tanto fragili qubit dalle interruzioni.Tuttavia, rispetto al suo predecessore, il modello architettura che “ospita” Osprey apporta un cambiamento lato cablaggi. Il “lampadario quantistico” dei cavi a microonde utilizzati da IBM con i precedenti processori quantistici lascia spazio ad un nuovo modello che prevede l'uso di cavi a nastro flessibili (tipo quelli che collegano una scheda madre allo schermo di un PC).I cavi a microonde che ricevono segnali dentro e fuori dal frigorifero in cui sono archiviati i qubit, non sono mai stati molto scalabili. I cavi a nastro flessibili di Osprey adattati agli ambienti criogenici sembrano invece più efficaci e la resistenza elettrica e termica dei cavi è studiata per favorire il flusso dei segnali a microonde senza condurre troppo calore che potrebbe interferire con i qubit.

Questo modello architetturale consente un maggior numero di connessioni che portano al chip quantistico (e qui si vede la scalabilità) ma dà il via anche ad una nuova generazione di elettronica di controllo che invia e riceve segnali a microonde da e verso il processore quantistico (la velocità non dovrebbe quindi più creare problemi di instabilità).Ci vorrà ancora del tempo prima che Osprey possa essere utilizzata su ampia scala come il computer quantistico già disponibile in cloud (la configurazione della sua elettronica di controllo e la calibrazione del sistema richiedono ancora tempo) ma dalla multinazionale fanno sapere che entro la metà del prossimo anno il nuovo chip dovrebbe essere disponibile a tutti coloro che vogliono sperimentarne le potenzialità.Nel frattempo, Big Blue sta lavorando per includere tecniche di mitigazione degli errori all’interno del software cloud per i suoi computer quantistici per offrire, lato software in back-end, il giusto bilanciamento tra velocità e precisione (oggi la velocità incide sulla stabilità dei qubit che, a sua volta, incide sull'accuratezza dei risultati di calcolo).La rotta verso Kookaburra, il chip da oltre da 4.000 qubit intanto è tracciata.

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