Arriva a fine anno Hilbert, il sistema quantistico da 100 qubit ad atomi freddi

Arriva a fine anno Hilbert, il sistema quantistico da 100 qubit ad atomi freddi

Usando laser e atomi i ricercatori di ColdQuanta sono stati capaci di realizzare un processore quantistico da 100 qubit con ampie prospettive di scalabilità

di pubblicata il , alle 12:31 nel canale Sistemi
Computer Quantistico
 

ColdQuanta, società statunitense specializzata nella manipolazione di atomi freddi, è stata capace di creare un processore quantistico da 100 qubit usando atomi raffreddati a temperature prossime lo 0 assoluto e controllandoli tramite laser. Si chiama Hillbert e la sua commercializzazione è prevista per la fine dell'anno, non prima di aver condotto un ulteriore lavoro di ottimizzazione.

Attualmente sono vari gli approcci che vengono seguiti per la costruzione di processori quantistici: superconduttori, trappole ioniche, fotonica e anche qbit in silicio. Gli atomi freddi, invece, non hanno ancora fatto parlare di loro nel mondo dell'informatica quantistica e il processore da 100 qubit di ColdQuanta potrebbe avere tutte le carte in regola per competere con uno dei punti di riferimento più rilevanti del settore: il sistema Hummingbird di IBM da 65 qubit. La società è convinta che l'impiego di atomi freddi possa avere interessanti prospettive future in termini di scalabilità.

Ciò che ColdQuanta fa è di trattare gli atomi come fossero qubit e portarli a temperature estremamente basse così da avere la possibilità di manipolare le loro proprietà quantistiche con estrema precisione. Si tratta comunque di un approccio non inedito, in quanto i processori superconduttori di Google e IBM già richiedono di collocare i qubit in enormi celle frigorifere a diluizione, dove le temperature di poco superiori allo 0 assoluto (-273,15 °C).

L'approccio di ColdQuanta si spinge però oltre, arrivando ad avere un controllo sul raffreddamento a livello di microkelvin e spingendosi quindi a temperature comprese tra 1 K e 0 K. Invece di usare grandi frigoriferi, ColdQuanta introppola gli atomi usando i laser per raffreddarli, prima di usare una combinazione di laser e impulsi a microonde per andare a collocarli nei gate che compongono un circuito quantisitico. L'impiego degli atomi, che hanno dimensioni di diversi ordini di grandezza inferiori ai qubit dei supeconduttori, permette di incrementare la densità di qubit a parità di dimensioni: laddove un processore quantistico basato su supeconduttori richiederebbe diversi metri quadrati di spazio, l'approccio ad atomi freddi consentirebbe di costruirne uno delle dimensioni di un chiodo, a parità di capacità di calcolo. Non è tutto rose e fiori, come spesso accade con lo sviluppo di tecnologie d'avanguardia. Un aspetto che gli sviluppatori e i ricercatori stanno indagando, ad esempio, è come cambia l'uso dei laser nel momento in cui il numero di qubit aumenta di diversi ordini di grandezza.

La società sostiene comunque che i principi fondamentali di questo approccio siano già stati messi alla prova e che il processore quantistico da 100 qubit è capace di comportarsi in maniera paragonabile a quanto realizzato da IBM e Google, per quanto riguarda la connettività e la coerenza: rispettivamente il numero di qubit che possono interagire tra loro e il tempo per cui le proprietà quantistiche possono essere mantenute.

Il problema, attualmente, è sulla fedeltà: il sistema di ColdQuanta non è alla pari in questo frangente con quanto sviluppato da IBM e Google, il che significa che la sua precisione non è particolarmente elevata. Ed è proprio su questo aspetto che si stanno ora concentrando le risorse di ottimizzazione.

La società non ha ancora annunciato pubblicamente alcun cliente, ma le realtà che potrebbero trovare interesse sono quelle che operano nel campo della logistica, della scienza dei materiali e delle telecomunicazioni. Hillbert sarà disponibile, come detto, entro fine anno tramite il private cloud di ColdQuanta, e la società sta trattando con Amazon, Microsoft e Google per renderlo accessibile tramite AWS, Azure e Google Cloud.

Le ambizioni per il futuro sono elevate: la società mira nel giro di tre anni a poter realizzare un sistema da oltre 1000 qubit, in linea quindi con le prospettive di sviluppo di IBM in termini di hardware quantistico. I piani di BigBlue puntano al rilascio di un sistema quantistico da 1121 qubit nel 2023.

5 Commenti
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Qarboz10 Luglio 2021, 19:21 #1
Originariamente inviato da: Redazione di Hardware Upgrade
Invece di usare grandi frigoriferi, ColdQuanta introppola gli atomi usando i laser per raffreddarli

Ed io che pensavo che i laser scaldassero solamente... Qualcuno ha idea di come funziona questo processo? Ho letto https://it.wikipedia.org/wiki/Laser_cooling"][B][COLOR="Blue"]Wikipedia[/COLOR][/B][/URL] ma c'ho capito nulla...
fbrbartoli12 Luglio 2021, 10:15 #2
Il fascio laser emette un fotone assorbibile dall'atomo dell'oggetto colpito. L'atomo assorbendo il fotone rallenta e non essendoci più movimento di particelle l'oggetto si raffredda.
biometallo12 Luglio 2021, 10:37 #3
Da totale ignorante in fisica in effetti questa cosa del raffreddamento laser pare fantascienza su wikipeida (inglese tradatto da google) trovo una spiegazione più dettagliata:

Il raffreddamento laser include una serie di tecniche in cui i campioni atomici e molecolari vengono raffreddati quasi allo zero assoluto . Le tecniche di raffreddamento laser si basano sul fatto che quando un oggetto (di solito un atomo) assorbe e riemette un fotone (una particella di luce) il suo momento cambia. Per un insieme di particelle, la loro temperatura termodinamica è proporzionale alla variazione della loro velocità. Cioè, velocità più omogenee tra le particelle corrispondono a una temperatura più bassa. Le tecniche di raffreddamento laser combinano la spettroscopia atomica con il summenzionato effetto meccanico della luce per comprimere la distribuzione di velocità di un insieme di particelle, raffreddando così le particelle.





l raffreddamento Doppler, che di solito è accompagnato da una forza di intrappolamento magnetico per dare una trappola magneto-ottica , è di gran lunga il metodo più comune di raffreddamento laser. Viene utilizzato per raffreddare i gas a bassa densità fino al limite di raffreddamento Doppler , che per il rubidio- 85 è di circa 150 microkelvin .


In Doppler raffreddamento, inizialmente, la frequenza della luce è sintonizzato leggermente sotto una transizione elettronica nella atomo . Poiché la luce è desintonizzata sul "rosso" (cioè a frequenza più bassa) della transizione, gli atomi assorbiranno più fotoni se si spostano verso la sorgente luminosa, a causa dell'effetto Doppler . Quindi, se si applica la luce da due direzioni opposte, gli atomi disperderanno sempre più fotoni dal raggio laser che punta opposto alla loro direzione di movimento. In ogni evento di dispersione l'atomo perde un momentouguale alla quantità di moto del fotone. Se l'atomo, che ora si trova nello stato eccitato, emette spontaneamente un fotone, sarà spinto dalla stessa quantità di moto, ma in una direzione casuale. Poiché la variazione di moto iniziale è una perdita puro (opponendo la direzione del moto), mentre il successivo cambiamento è casuale, il probabile risultato del processo di assorbimento e di emissione è di ridurre la quantità di moto dell'atomo, e quindi la sua velocità -purché sua iniziale la velocità era maggiore della velocità di rinculo dalla diffusione di un singolo fotone. Se l'assorbimento e l'emissione vengono ripetuti molte volte, la velocità media, e quindi l'energia cinetica dell'atomo, sarà ridotta. Poiché la temperatura di un gruppo di atomi è una misura dell'energia cinetica interna casuale media, che equivale al raffreddamento degli atomi.

Umh, ma quindi che fine fa l'energia termica di questi atomi?
Mi sembra di capire che non venga dispersa ma temporaneamente bloccata, o dico cassate?
Axel.vv12 Luglio 2021, 13:27 #4
Da quello che ho capito, anche se non ho idea del motivo, colpendo gli atomi con un fotone di frequenza (e quindi di energia) leggermente più bassa de "l'energia di transizione", l'atomo spara un fotone in direzione casuale, e l'energia persa tramite quel fotone è maggiore di quella apportata con il laser. Insomma, è la classica goccia che fa traboccare il vaso. Ovviamente sempre ammesso che io ci abbia capito qualcosa.
Qarboz14 Luglio 2021, 17:02 #5
Originariamente inviato da: fbrbartoli
...


Originariamente inviato da: biometallo
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Originariamente inviato da: Axel.vv
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Grazie a tutti delle spiegazioni, molto interessanti anche se dell'argomento ne so meno di zero; almeno ora so che esiste questo sistema ed il relativo principio di base

(Non ho risposto prima perché non ho ricevuto le notifiche da HWU)

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