IBM Q offre la potenza dell'informatica quantistica alle persone che possono effettivamente utilizzarla

Informatica quantistica IBM | Scienziati che lavorano su un computer quantistico
Scienziati IBM aprono un computer quantisticoIBM

Probabilmente non utilizzerai mai l’hardware quantistico, ma c’è un’alta probabilità che trarrai vantaggio da ricerche che non avrebbero potuto essere completate senza di esso. Gli uno e gli zeri dei computer convenzionali non potrebbero mai realizzare il tipo di elaborazione di cui è capace il calcolo quantistico.

Le possibilità sono illimitate, ma c’è un ostacolo importante: se le persone non hanno effettivamente accesso ai computer quantistici, la tecnologia è poco più che un intrigante progetto scientifico. Se gli informatici, i ricercatori accademici e altri non hanno accesso all’hardware, il campo non farà mai il passo successivo.

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La risposta di IBM a questo problema è a piattaforma cloud chiamata IBM Q. Da quando il programma è stato lanciato nel maggio 2016, ha offerto agli utenti la possibilità di utilizzare il calcolo quantistico senza avere accesso diretto a un computer quantistico.

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L'hardware in sé potrebbe non essere abbondante, ma grazie a IBMQ, è onnipresente.

Costruzione quantistica

Ho incontrato Bob Sutor, il vicepresidente per la strategia e l'ecosistema IBM Q in uno show floor affollato la conferenza IBM Think in Aprile. Eravamo a pochi centimetri da un criostato, parte della complessa architettura che rende possibile il calcolo quantistico.

“Il vero dispositivo quantistico, i qubit, vivono in [un criostato]. Questo è mantenuto molto vicino allo zero assoluto. 0,015 Kelvin. Si tratta di un valore leggermente superiore allo zero assoluto, dove nulla si muove”.

"Il vero dispositivo quantistico, i qubit, vive qui", mi ha detto Sutor, indicando un piccolo compartimento alla base della struttura. “Questo è mantenuto molto vicino allo zero assoluto. 0,015 Kelvin. Si tratta di un valore leggermente superiore allo zero assoluto, dove nulla si muove”.

La refrigerazione è un fattore comune a molti progetti di calcolo quantistico degli ultimi dieci anni. Le basse temperature facilitano il mantenimento di un ambiente in cui può verificarsi l'aggrovigliamento. È una delle sfide più grandi che gli scienziati e gli ingegneri che lavorano in questo campo devono affrontare: come possiamo rendere l’area circostante abbastanza fredda affinché l’hardware funzioni come previsto.

Uno dei computer quantistici commerciali da 20 qubit di IBM nella rete IBM Q.IBM

Mentre la sezione più fredda del criostato raggiunge quasi lo zero assoluto, la parte superiore della struttura è a una temperatura relativamente mite di quattro gradi Kelvin. Ogni sezione diventa progressivamente più fredda dall'alto verso il basso, un processo che apparentemente richiede un totale di 36 ore. Sutor lo definisce un “alambicco glorificato”, riferendosi al modo in cui l’elio viene utilizzato per eseguire un processo di distillazione che elimina il calore.

Hardware fittizio

Mentre Sutor mi parla di questo hardware complesso, riconosce che questo particolare esempio non viene effettivamente utilizzato per eseguire calcoli come parte della piattaforma IBM Q.

Mi dice che i qubit sono falsi: "perché mettere uno dei nostri chip all'avanguardia in qualcosa che vaga in giro?" - E che il criostato stesso è un po' più “robusto” del vero McCoy, per garantire che non vada in pezzi durante la sua pressatura tour.

"Perché mettere uno dei nostri chip all'avanguardia in qualcosa che vaga in giro?"

Ci occupiamo da anni dell'informatica quantistica per Digital Trends ed è stato comunque affascinante vedere l'hardware "dal vivo", anche se in realtà era solo una replica. Ma il fatto che IBM senta il bisogno di portare con sé una rappresentazione fisica dei suoi sforzi quantistici la dice lunga sullo stato attuale di questa tecnologia.

Per anni, l’informatica quantistica è stata poco più che un “what-if?” che ha affascinato gli scienziati informatici. Allora è stato un esperimento. Ora occupa una strana terra di nessuno, offrendo un’utilità diretta ai ricercatori ancor prima della promessa di un computer quantistico universale su larga scala è stato adempiuto. Detto questo, si tratta ancora di una tecnologia relativamente di nicchia, anche se IBM sta facendo tutto il possibile per renderla accessibile.

Il campo dell’informatica quantistica si sta evolvendo a un ritmo notevole, ma c’è ancora molta strada da fare prima che raggiunga il suo potenziale. Parte della sfida è la pura portata di portare a compimento queste idee.

Funzionalità IBM Quantum Computing
Funzionalità IBM Quantum Computing
Funzionalità IBM Quantum Computing
Funzionalità IBM Quantum Computing
Una replica dell'hardware di calcolo quantistico di IBM presso IBM Think.Brad Jones/Tendenze digitali

Il concetto stesso richiedeva una notevole quantità di conoscenze di fisica sperimentale solo per decollare. Quel lavoro doveva essere sostenuto da prodezze ingegneristiche – ad esempio, i fili a spirale che vedete nelle immagini che lo illustrano articolo sono stati implementati per evitare che l'hardware si rompa in pezzi quando le temperature scendono e il metallo contratti. Attualmente, c’è l’arduo compito di sviluppare un ecosistema attorno alla tecnologia.

C’è voluta un’azienda del peso di IBM per trasformare qualcosa che avrebbe potuto facilmente trasformarsi in un progetto scientifico in una tecnologia realizzabile e pratica. Ma ora c'è una grande mole di lavoro fondamentale è già stato completato, c'è una particolare attenzione su come rendere questo hardware accessibile, insieme agli sforzi per continuare ad apportare miglioramenti incrementali.

Lavorare da casa

“Un paio di anni fa, questo era un progetto di fisica”, ha affermato Jerry Chow, manager del gruppo sperimentale di calcolo quantistico di IBM, parlando a Digital Trends alla conferenza Think. “Era qualcosa per cui dovevi essere in un laboratorio. Metterlo sul web è stato il primo passo”.

“Qualche anno fa, questo era un progetto di fisica. Era qualcosa per cui dovevi essere in un laboratorio. Metterlo sul web è stato il primo passo.

Nota che parte dell'intenzione con l'accesso remoto offerto tramite la piattaforma IBM Q era quella di nascondere parte della fisica sottostante. Gli utenti non devono necessariamente sapere qual è il contributo del processo di refrigerazione o come funziona il processore superconduttore. Non essere in grado di comprendere appieno l’ingegneria del computer quantistico non è una barriera all’ingresso.

Questo può sembrare ovvio, dato che la maggior parte di noi utilizza dispositivi come smartphone e computer portatili quotidianamente senza avere una conoscenza pratica di cosa c’è sotto il cofano. La differenza è che l’hardware quantistico operativo è incredibilmente raro in confronto.

La mancanza di risorse finanziarie o di competenze tecniche potrebbe impedire a ricercatori brillanti e studenti eccezionali di utilizzare un computer quantistico per svolgere lavori importanti. Ma IBM Q garantisce che anche se queste persone abbiano un percorso verso l'hardware di cui hanno bisogno.

Non stiamo parlando di mero potenziale futuro, qui. Chow mi dice che 75.000 utenti hanno eseguito oltre 2,5 milioni di esperimenti sulla piattaforma IBM Q, con la pubblicazione di circa 60 articoli di ricerca. «C'è un documento dal Giappone sull’entanglement di 16 qubit e su come farlo effettivamente”, afferma Sutor. "È la prima volta che qualcuno lo fa effettivamente su questo tipo di macchina."

Informatica quantistica IBM | Scienziato che lavora su un computer quantistico
Funzionalità di calcolo quantistico IBM Q 1840
Funzionalità di calcolo quantistico IBM Q 1841
Funzionalità di calcolo quantistico ibm q 1842
Gli scienziati IBM lavorano sull'hardware di calcolo quantistico presso l'IBM Q Computation Center presso il Thomas J Watson Research Center di Yorktown Heights, New York e IBM Research - Zurich a Zurigo, Svizzera.IBM

Quando l’idea dei computer quantistici si diffuse per la prima volta, una delle domande più comuni che le persone si ponevano era quando avrebbero potuto aspettarsi che un sistema del genere sostituisse il loro PC. Gli esperti hanno risposto che per il momento non è chiaro se questo tipo di hardware offra vantaggi tangibili rispetto ai computer classici.

Quindi, non dovremmo aspettarci di vedere un computer quantistico in ogni ufficio domestico, ma ora, sembra che nel breve termine, non dovremmo aspettarci nemmeno di vederne uno in ogni laboratorio di informatica. Nella nostra era interconnessa, ne consegue che una tecnologia all’avanguardia non verrebbe implementata in massa finché tutti i problemi non fossero stati risolti.

La natura della piattaforma IBM Q fa sì che le lezioni apprese possano essere trasformate molto rapidamente in miglioramenti per tutti.

“Il modello per il consumo di energia quantistica nel breve termine è questo tipo di accesso al cloud”, osserva Chow. Per il momento, sembra che l’accesso remoto all’hardware quantistico sia l’approccio più efficace.

IBM sta mettendo il suo hardware nelle mani di persone che possono trovarne usi pratici proprio adesso, e questo sicuramente darà forma al continua evoluzione dell’informatica quantistica.

Allo stesso tempo, la natura della piattaforma IBM Q fa sì che le lezioni apprese possano essere trasformate in miglioramenti a beneficio della base utenti in lungo e in largo molto rapidamente.

Cosa ottiene IBM dal rendere disponibile il proprio hardware a utenti che altrimenti non sarebbero in grado di lavorare con un computer quantistico? Ebbene, tutto l’apprendimento derivante dall’utilizzo di un hardware quantistico sarebbe stato distribuito in numerosi laboratori. Ma grazie a IBM Q, ora tutto si ripercuote nel suo stesso progetto. Non aspettarti che i progressi rallentino presto.

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