Helios accende l’era quantistica
di Francesco Di Filippo
Nel mondo della tecnologia c’è una parola che ricorre da anni con la stessa insistenza di un mantra: quantistico.
Promesse enormi, risultati ancora limitati, e una domanda che torna ciclicamente: quando arriverà, davvero, il punto di non ritorno?
L’annuncio di Quantinuum, una delle aziende più avanzate al mondo in questo settore, non sarà forse il punto d’arrivo, ma segna con buona probabilità l’inizio di una nuova fase. Attraverso Helios, il computer quantistico appena presentato, la compagnia sostiene di aver costruito, nell’ambito dei computer quantistici, “il più potente al mondo”, non solo per la forza bruta dei suoi 98 qubit fisici, ma anche e soprattutto per la capacità di usarli in modo più stabile, preciso e utile rispetto al passato.
La sfida è nota: i qubit, l’equivalente quantistico dei bit dei computer tradizionali, sono instabili per natura; si “rovinano” al minimo disturbo, generando errori continui, e correggerli è complicato, perché tutto nel mondo quantistico si basa su equilibri delicatissimi.
È qui che Helios cerca il suo colpo di teatro, realizzando un’architettura nuova che punta a ridurre gli errori e a far funzionare i qubit quasi come se fossero componenti tradizionali, pur restando in un ambiente fisico completamente diverso.
Finora Quantinuum aveva basato i suoi computer su ioni di itterbio, mentre con Helios, per la prima volta, si passa agli ioni di bario: questo, per chi osserva dall’esterno può sembrare un dettaglio marginale, ma in realtà non lo è affatto, poiché il bario consente di utilizzare laser a luce visibile, molto più semplici da controllare rispetto ai laser ultravioletti necessari per l’itterbio. Significa stabilità maggiore, minore interferenza con i componenti circostanti, costi più bassi e, in generale, un ambiente più favorevole per mantenere i qubit in uno stato coerente.
La struttura fisica della macchina è altrettanto innovativa. La trappola ionica di Helios ha la forma di un anello collegato a due corridoi paralleli.
Nell’anello vengono tenuti gli ioni in attesa, in una sorta di deposito ordinato. Nei corridoi avvengono gli spostamenti e poi le operazioni di calcolo vere e proprie. Infine, una zona di transizione funziona da “cache”, mentre l’area finale è il “processore”.
Si tratta di una soluzione che ricorda volutamente l’organizzazione dei computer classici, anche se l’obiettivo finale non è imitare i pc che conosciamo, ma rendere il comportamento dei qubit più prevedibile, e quindi più controllabile.
Tutto questo lavoro ha un effetto diretto sulla precisione: Quantinuum sostiene di aver raggiunto una fedeltà del 99,975% nelle operazioni su singoli qubit, e del 99,921% nelle operazioni fra coppie di qubit.
Per un calcolo tradizionale questi numeri non direbbero molto, ma nel mondo quantistico, dove l’errore è la regola, sfiorare il 100% è qualcosa che cambia radicalmente il campo di gioco, e soprattutto Helios raggiunge questi risultati su qualunque coppia di qubit, non solo su quelle più facili da controllare.
Secondo Quantinuum, Helios è riuscito a ottenere quello che viene chiamato “vantaggio quantistico”: vale a dire eseguire un calcolo che un computer normale non potrebbe svolgere, o che impiegherebbe un tempo di gran lunga superiore all’età dell’universo.
La dimostrazione riguarda simulazioni complesse come la superconduttività ad alta temperatura e forme particolari di magnetismo quantistico, che, nonostante suonino come qualcosa di marziano, sono in realtà traducibili concretamente in problemi reali, con ricadute potenziali su materiali avanzati, elettronica e produzione energetica. In modo un po’ provocatorio ma sicuramente efficace, l’azienda sostiene che un computer classico, per ottenere lo stesso risultato, richiederebbe una quantità d’energia “superiore a quella emessa da tutte le stelle osservabili”.
Per evitare che tutto resti confinato ai laboratori, Quantinuum accompagna Helios con un nuovo linguaggio di programmazione, Guppy, basato su Python. Questo serve a tradurre i concetti quantistici in istruzioni più familiari per chi programma abitualmente macchine tradizionali. E non finisce qui: grazie alla collaborazione con Nvidia, i programmi potranno sfruttare allo stesso tempo GPU e computer quantistici, combinando i punti di forza dei due mondi.
Forse però, tra tutti, il risultato più importante è quello ottenuto con la correzione degli errori. Con 98 qubit fisici, Helios è riuscito a creare 48 qubit logici, cioè qubit stabilizzati e corretti, pronti per calcoli complessi.
Il rapporto di solo due qubit fisici per produrne uno logico è il migliore mai ottenuto finora. Le altre piattaforme richiedono tipicamente dieci o venti qubit fisici per ottenerne uno senza errori. È un progresso che, da solo, può abbreviare di anni i tempi per l’arrivo di applicazioni quantistiche pratiche. Un altro dato notevole inoltre è che l’azienda è riuscita a creare uno stato GHZ su 94 qubit, una forma estrema di entanglement molto difficile da mantenere: anche questo, per gli esperti, è un indicatore fondamentale della maturità tecnica della macchina.
Helios oggi è già disponibile attraverso il cloud dell’azienda, e sarà installabile in loco per i grandi clienti industriali.
La sensazione condivisa, dopo anni di lentezza e aspettative deluse, è che il settore stia entrando finalmente in una fase più concreta. Forse non siamo ancora al momento in cui il calcolo quantistico rivoluzionerà farmaci, criptografia e materiali, ma l’arrivo di macchine come Helios suggerisce che quel momento non è più un miraggio lontano.
Certo è che, come la storia dell’informatica insegna, i cambiamenti radicali spesso arrivano così: per anni sembrano impossibili, poi a un certo punto diventano improvvisamente inevitabili.
