Continuare a parlare in generale di quantum advantage può indurre a immaginare che i computer quantistici un giorno, di colpo, prendano il posto di quelli tradizionali. Magari anche nelle nostre case. Questo scenario è però ben lontano da quello ragionevolmente ipotizzabile, composto di tanti passi avanti in diversi settori, fino a raggiungere una pacifica convivenza tra i due “computing”. Uno di questi step è comparso nelle scorse settimane sul server di pre-print ArXiv e mostra un caso concreto in cui la meccanica quantistica ha reso fattibile l’infattibile.
Le potenzialità della ricottura quantistica
Al centro dello studio c’è la ricottura quantistica, un processo in cui i qubit di un sistema quantistico si posizionano per raggiungere uno stato di minima energia assoluta, per poter essere poi configurati dall’hardware in modo funzionale, riflettendo il problema da risolvere.
I ricercatori hanno sfruttato proprio dei processori di ricottura quantistica superconduttori per simulare le dinamiche di un sistema magnetico di spin che subisce una transizione di fase quantistica. Hanno voluto capire se fossero o meno in grado di eseguire questo ambizioso compito in modo efficiente, nonostante la crescita esponenziale delle risorse necessarie con le dimensioni del sistema.
Prendendo come riferimento un modello meccanico quantistico comunemente utilizzato per studiare le transizioni di fase e le proprietà magnetiche dei materiali, gli autori dello studio hanno chiesto ai processori quantistici superconduttori un modello che descrivesse il cambiamento dei campi magnetici durante la transizione di fase. La risposta è stata soddisfacente: il quantum computing ha generato risposte in linea con le soluzioni dell’equazione di Schrödinger.
Per accertare ci fosse un concreto e dimostrabile vantaggio computazionale, sono state effettuate simulazioni sia su catene monodimensionali che su strutture più complesse: quadrate, cubiche, diamantate e bicilindriche. I risultati di quelle a scala ridotta sono stati poi confrontati con le soluzioni esatte ottenute attraverso simulazioni di stato del prodotto matriciale realizzate su alcuni dei più potenti supercomputer del mondo. Con la crescita di scala, il riferimento sono diventate le previsioni teoriche basate sulla scalatura dinamica critica universale.
Un quantum advantage case che ammicca all’AI
Secondo gli autori dello studio, la performance del quantum computing è nettamente superiore a quella dei metodi di calcolo tradizionali che si arrendono rapidamente, appena vedono aumentare le dimensioni del sistema. Anche le tecniche più moderne di simulazione classica, come le reti tensoriali o neurali non arrivano a sfiorare neanche minimamente la precisione garantita dalla ricottura quantistica, e nemmeno la tempistica.
Nel contesto classico il costo computazionale diventa presto enorme e i tempi di esecuzione sono dell’ordine di milioni di anni, anche sfruttando supercomputer all’avanguardia come Summit e Frontier.
Questo quantum advantage verticale non va considerato un divertissement per ricercatori o una notizia di nicchia. Può tornare utile in tempi brevi per potenziare applicazioni nella fisica della materia condensata, nell’ottimizzazione e potenzialmente anche nell’intelligenza artificiale. Man mano che prosegue il lavoro di ricerca e verifica che ha appena avuto inizio, potranno poi spuntare ulteriori applicazioni concrete che potranno nei prossimi anni farci percepire il quantum computing come tecnologia reale, ancora non diffusa ma che comincia a mostrare cosa può fare per darci una mano.
