Google ha annunciato una scoperta che segna un punto di svolta nella storia del calcolo: per la prima volta, un computer quantistico ha eseguito un algoritmo verificabile su hardware reale, superando anche i più veloci supercomputer classici, con una velocità 13.000 volte superiore. L’algoritmo, chiamato Quantum Echoes, è in grado di calcolare la struttura di una molecola e rappresenta un passo concreto verso applicazioni pratiche del calcolo quantistico.
Questo risultato è il culmine di decenni di ricerca e sei anni di progressi fondamentali. Dopo il traguardo del 2019, quando Google dimostrò che un computer quantistico poteva risolvere in pochi minuti un problema che a un supercomputer avrebbe richiesto millenni, e la correzione d’errore ottenuta nel 2024 con il chip Willow, il nuovo algoritmo porta il quantum computing più vicino al mondo reale, con potenziali impatti in medicina e scienza dei materiali.
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“Come leggere il nome di una nave sul fondo dell’oceano”
Per descrivere la precisione raggiunta, i ricercatori usano una potente analogia: “Immaginate di cercare una nave affondata sul fondo dell’oceano. Il sonar può dirvi che c’è un relitto, ma non leggerne il nome. Noi ora possiamo leggere anche il nome sulla fiancata.”
È questo il livello di sensibilità ottenuto con Willow, grazie all’algoritmo Quantum Echoes, pubblicato su Nature. Si tratta del primo vantaggio quantistico verificabile ottenuto eseguendo l’algoritmo out-of-order time correlator (OTOC), capace di analizzare la struttura di sistemi naturali, dalle molecole ai magneti, fino ai buchi neri.
Il cuore dell’innovazione: l’eco quantistica
L’algoritmo Quantum Echoes si basa su un concetto affascinante: l’“eco quantistica”.
I ricercatori inviano un segnale controllato nel sistema quantistico, perturbano un qubit e poi ne invertono l’evoluzione temporale per ascoltare l’“eco” che ritorna. Questo segnale viene amplificato da interferenze costruttive, fenomeno in cui le onde quantistiche si sommano rafforzandosi a vicenda, rendendo le misurazioni estremamente sensibili.
L’intero processo – eseguito su una matrice di 105 qubit – dimostra che il risultato è ripetibile e verificabile da altri computer quantistici di pari livello. È la prima volta che un algoritmo quantistico supera i limiti del calcolo classico e può essere riprodotto e confermato, un requisito essenziale per la validazione scientifica e la futura scalabilità.
Dal laboratorio alla realtà
Il chip Willow non è solo potente, ma anche estremamente preciso. La sua architettura a basso errore e ad alta velocità consente di combinare complessità e accuratezza, elementi cruciali per ottenere risultati verificabili.
Google ha anche condotto un esperimento di prova con l’Università della California, Berkeley, utilizzando Quantum Echoes per analizzare due molecole – una con 15 atomi e una con 28. I risultati hanno confermato i dati ottenuti con la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR), ma hanno anche rivelato nuove informazioni strutturali invisibili ai metodi tradizionali.
Come spiegano i ricercatori, “Proprio come il telescopio e il microscopio hanno aperto nuovi mondi, questo esperimento rappresenta un passo verso un ‘quantum-scopio’, in grado di misurare fenomeni naturali prima inaccessibili.”
Michel H. Devoret alla guida del team che ha creato Quantum Echoes
Michel H. Devoret è stato uno dei tre fisici che hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica di quest’anno per una serie di esperimenti condotti più di quarant’anni fa. Come ricercatore post-dottorato all’Università della California, Berkeley, a metà degli anni ’80, Devoret contribuì a dimostrare che le proprietà strane e potenti della meccanica quantistica – la fisica del regno subatomico – potevano essere osservate anche in circuiti elettrici abbastanza grandi da essere visibili a occhio nudo.
Quella scoperta, che aprì la strada ai telefoni cellulari e ai cavi in fibra ottica, potrebbe avere implicazioni ancora più grandi nei prossimi anni, mentre i ricercatori costruiscono computer quantistici che potrebbero essere immensamente più potenti dei sistemi di calcolo odierni. Ciò potrebbe portare alla scoperta di nuovi farmaci e vaccini, oltre a mettere in discussione le tecniche di crittografia che proteggono i segreti del mondo.
Il 22 ottobre, Devoret e i suoi colleghi in un laboratorio di Google vicino a Santa Barbara, in California, hanno dichiarato che il loro computer quantistico è riuscito a eseguire con successo un nuovo algoritmo capace di accelerare i progressi nella scoperta di farmaci, nella progettazione di nuovi materiali da costruzione e in altri campi.
“In futuro, quando avremo computer quantistici più grandi, saremo in grado di eseguire calcoli che sarebbero impossibili con gli algoritmi classici”, ha dichiarato Devoret, che si è unito a Google nel 2023.
Il calcolo quantistico è ancora una tecnologia sperimentale. Ma il nuovo algoritmo di Google, Quantum Echoes, dimostra che gli scienziati stanno rapidamente migliorando le tecniche che potrebbero permettere ai computer quantistici di affrontare problemi scientifici che nessun dispositivo di calcolo tradizionale potrebbe mai risolvere.
“Si tratta di un progresso tecnologico significativo,” ha affermato Prineha Narang, professoressa di scienze fisiche e di ingegneria elettrica e informatica all’Università della California, Los Angeles. “Abbiamo sentito molto parlare dei progressi dell’hardware nel campo, e per un po’ ho temuto che gli algoritmi non riuscissero a tenere il passo. Ma questo lavoro dimostra che non è così.”
La ricerca quantistica di Google compete con quella di altri giganti tecnologici come Microsoft e IBM, oltre a numerose start-up, università e ai rapidi progressi compiuti in Cina, dove il governo ha stanziato oltre 15,2 miliardi di dollari per la ricerca quantistica.
Verso le prime applicazioni concrete
Le potenziali applicazioni sono enormi. Il calcolo quantistico potrebbe rivoluzionare la comprensione delle interazioni atomiche e delle strutture molecolari, fondamentali in chimica, biologia e scienza dei materiali.
Un NMR potenziato dal quantum computing potrebbe accelerare la scoperta di farmaci, mostrando con precisione come le molecole si legano ai bersagli biologici, o aiutare a progettare nuovi materiali, dai polimeri alle batterie, fino ai componenti dei futuri qubit.
Il futuro del quantum computing
Il traguardo di Quantum Echoes segna l’inizio dell’era delle applicazioni quantistiche reali.
Google mira ora al “Milestone 3” della propria roadmap: lo sviluppo di un qubit logico a lunga durata, passo chiave verso computer quantistici corretti d’errore e di scala industriale.
Come concludono i ricercatori: “Ogni eco quantistica ci restituisce una visione più nitida del mondo invisibile. E ogni nuova misura ci avvicina a un futuro in cui la potenza del calcolo quantistico potrà essere usata per scoprire e creare.”
