IBM ha tracciato la roadmap per costruire il primo grande computer quantistico al mondo con correzione degli errori, ponendo le basi per il calcolo quantistico scalabile e pensato per un uso industriale. Disponibile nel 2029, IBM Quantum Starling sarà costruito nel nuovo IBM Quantum Data Center di Poughkeepsie nello stato di New York, ed è previsto che eseguirà 20.000 volte più operazioni dei computer quantistici attuali. Per rappresentare lo stato di Starling, sarebbe necessaria la memoria di più di un quindicilione (10^48) degli attuali supercomputer più potenti al mondo. Con Starling, fa sapere Big Blue, gli utenti saranno in grado di esplorare pienamente la complessità degli stati quantistici, che vanno oltre le proprietà limitate accessibili dai computer quantistici attuali.

Un computer quantistico fault-tolerant a scala industriale con centinaia o migliaia di qubit logici potrebbe eseguire centinaia di milioni o miliardi di operazioni, e migliorare le efficienze in termini di tempi e costi in campi come lo sviluppo di farmaci, la scoperta di materiali, la chimica e l’ottimizzazione. Secondo quanto dichiarato da IBM, Starling sarà in grado di accedere al potenziale di calcolo necessario per questi problemi eseguendo 100 milioni di operazioni quantistiche, con l’utilizzo di 200 qubit logici. Sarà la base per IBM Blue Jay, che sarà in grado di eseguire 1 miliardo di operazioni quantistiche su 2.000 qubit logici.

Un qubit logico è come noto l'unità di un computer quantistico corretto dagli errori in grado di memorizzare un'informazione quantistica. Può essere realizzato da più qubit fisici che lavorano insieme per memorizzare questa informazione e monitorarsi a vicenda per la correzione degli errori.

Anche i computer quantistici, come quelli classici, hanno bisogno di un meccanismo di correzione degli errori per eseguire grandi carichi di lavoro senza difetti. Per farlo, vengono utilizzati cluster di qubit fisici per creare un numero inferiore di qubit logici con tassi di errore inferiori a quelli dei qubit fisici sottostanti. I tassi di errore dei qubit logici vengono eliminati esponenzialmente con le dimensioni del cluster, consentendo loro di eseguire un maggior numero di operazioni. Creare sempre più qubit logici capaci di eseguire circuiti quantistici, con il minor numero possibile di qubit fisici, è cruciale per il calcolo quantistico su larga scala, ed è la prima volta che viene pubblicato un percorso chiaro per costruire un sistema quantistico privo di errori.

Nel dettaglio, la roadmap IBM Quantum delinea le principali tappe tecnologiche che culmineranno nel processore Starling nel 2029 e che dimostreranno ed eseguiranno i criteri per la correzione degli errori. Ogni nuovo processore nella roadmap affronta specifiche sfide per costruire sistemi quantistici modulari, scalabili e corretti dagli errori: IBM Quantum Loon, previsto per il 2025, è progettato per testare i componenti dell'architettura necessaria per il codice qLDPC, tra cui "c-couplers" che collegano i qubit distanti all'interno dello stesso chip; IBM Quantum Kookaburra, previsto per il 2026, sarà il primo processore modulare di IBM progettato per memorizzare ed elaborare informazioni codificate. Combinerà la memoria quantistica con le operazioni logiche - il mattoncino fondamentale per scalare i sistemi fault-tolerant oltre un singolo chip; e infine IBM Quantum Cockatoo, previsto per il 2027, metterà in entanglement due moduli Kookaburra utilizzando gli accoppiatori "L-couplers". Questa architettura collegherà i chip quantistici come nodi in un sistema più grande, evitando la necessità di costruire chip esageratamente grandi.

"IBM sta tracciando la prossima frontiera del calcolo quantistico. La nostra esperienza in matematica, fisica e ingegneria sta aprendo la strada a un computer quantistico di scala industriale privo di errori che risolverà problemi del mondo reale e sbloccherà enormi potenzialità per le aziende", commenta Arvind Krishna, Presidente e CEO di IBM.