In quello che gli esperti definiscono l’“holy grail” del calcolo quantistico, i ricercatori hanno finalmente dimostrato un’accelerazione esponenziale incondizionata rispetto ai computer classici, realizzando una promessa teorica che finora era rimasta solo sulla carta.
La svolta è arrivata da un team guidato da Daniel Lidar, professore di ingegneria alla USC ed esperto di correzione degli errori quantistici, in collaborazione con ricercatori della USC e della Johns Hopkins University. Utilizzando due processori quantistici Eagle da 127 qubit di IBM, operati da remoto tramite cloud, i ricercatori hanno affrontato una variante del “problema di Simon” – una sfida matematica che prevede l’individuazione di schemi nascosti e che è considerata un precursore dell’algoritmo di fattorizzazione di Shor.
"In passato sono già state dimostrate forme più modeste di accelerazione, come quella polinomiale," spiega Lidar, "ma un’accelerazione esponenziale è il tipo di miglioramento più spettacolare che ci aspettiamo dai computer quantistici."
Ciò che rende questo risultato particolarmente significativo è che l’accelerazione è “incondizionata”, ovvero non si basa su ipotesi non dimostrate riguardo agli algoritmi classici. Le precedenti affermazioni di vantaggio quantistico richiedevano di assumere che non esistessero algoritmi classici migliori per il confronto. Il divario di prestazioni dimostrato in questa ricerca raddoppia circa con ogni variabile aggiuntiva, creando un vantaggio insormontabile all’aumentare della complessità del problema.
Il team ha superato la più grande sfida del calcolo quantistico – rumore ed errori – applicando diverse tecniche sofisticate, tra cui il “dynamical decoupling”, che utilizza sequenze di impulsi accuratamente progettate per isolare i qubit dal loro ambiente rumoroso. Questo metodo ha avuto l’impatto più rilevante nella dimostrazione dell’accelerazione quantistica.
Sebbene Lidar precisi che “questo risultato non ha applicazioni pratiche oltre a vincere giochi di indovinelli” e che resta ancora molto lavoro da fare prima che i computer quantistici risolvano problemi reali, il risultato stabilisce con fermezza che i computer quantistici possono mantenere la loro promessa teorica. La ricerca indica un futuro in cui il calcolo quantistico potrebbe rivoluzionare settori come l’intelligenza artificiale, la crittografia, la scoperta di farmaci e la scienza dei materiali, affrontando problemi computazionali finora irrisolvibili.