Google, stati magici generati in laboratorio: errori ridotti 40 volte

Il calcolo quantistico non può procedere senza produrre continuamente i componenti che vengono consumati durante l'elaborazione. Questi componenti sono gli stati magici, stati quantistici particolari indispensabili per eseguire i calcoli correggendo gli errori. Il 15 ottobre Google Quantum AI ha annunciato di aver mostrato, con un esperimento sul processore quantistico «Willow», un metodo per produrre questi componenti. Rispetto al caso in cui non si applica, gli errori si riducono di circa 40 volte.

Uno stato magico non può essere riutilizzato dopo l'uso e va quindi generato di continuo durante il calcolo. Inoltre, produrne di alta qualità richiede risorse enormi. Secondo una stima, fino al 95% della capacità di un computer quantistico potrebbe essere assorbito dalla loro generazione, e per questo da circa vent'anni i ricercatori cercano di abbassarne il costo. La tradizionale «distillazione di stati magici» purifica stati di qualità migliore a partire da molti stati rumorosi, e richiede quindi molti qubit e molto tempo.

Il nuovo approccio parte da un'idea diversa. Gli stati rumorosi vengono iniettati in una piccola area del chip e sottoposti a misurazioni ripetute per verificare la presenza di errori. I tentativi in cui vengono rilevati errori vengono scartati, mentre quelli rimasti vengono «fatti crescere». Questo meccanismo, che funziona come un filtro, era stato presentato in teoria nel 2024 dai ricercatori di Google Quantum AI. Nell'esperimento, la fedeltà degli stati rimasti ha raggiunto almeno il 99,99%, che l'azienda considera un record. Va però detto che, dopo il controllo degli errori, è rimasto solo circa l'8% dei tentativi complessivi.

Durante la dimostrazione sono stati ottenuti dati di misura che sembravano contraddire le leggi della fisica, e il team ha dovuto cercarne la causa. Le caratteristiche dei componenti elettronici che cambiano lentamente nel tempo e il rumore dovuto alle variazioni di temperatura avevano incrinato le ipotesi alla base dei metodi di valutazione tradizionali. I ricercatori hanno aggiunto controlli per attenuare il rumore e hanno sviluppato un nuovo metodo di valutazione che usa la stessa coltivazione come strumento di misura. Inoltre, sono riusciti a trasferire uno stato creato con il «codice colore», un sistema di correzione degli errori adatto alla coltivazione, in un'area più grande del più consolidato «codice di superficie». Secondo l'azienda, si tratta di un primo passo che dimostra la compatibilità della coltivazione con il progetto dei suoi computer quantistici.

Che cosa cambia, dunque? Google sostiene che il risultato avvicina a un computer quantistico pratico e in grado di correggere gli errori, ma ammette che per l'uso concreto servono dimostrazioni su scala più ampia. Se il costo di produzione degli stati magici diminuirà, si potrebbero ridurre in modo considerevole le dimensioni delle macchine necessarie per i calcoli pratici. Tuttavia, il comunicato non indica quando ciò potrebbe accadere.