Anul a început cu anunțuri mărețe în domeniul cuantic

După ce Google și-a prezentat cipul Willow, despre care multinaționala susține că poate rezolva în cinci minute o sarcină pentru care un supercomputer ar avea nevoie de cvadrilioane de ani, Microsoft a afirmat că a descoperit o nouă stare a materiei cu care poate îmblânzi evaziva particulă Majorana. Acum, o echipă de oameni de știință de la Amazon Web Services (AWS) și Caltech prezintă în Nature pe Ocelot, un nou procesor de calcul cuantic care, potrivit companiei, poate "reduce costurile de corectare a erorilor cu până la 90%". Toate susțin că au obținut realizări care anticipează o nouă eră a calculului. Cu toate acestea, oamenii de știință din afara companiilor au primit anunțurile cu răceală și precauție. Este vorba despre o bulă cuantică?

Un inginer tânăr, un sceptic, o nouă perspectivă

Monit Sharma, un inginer de cercetare de origine indiană, în vârstă de doar 23 de ani, a fost distins la Singapore Management University (SMU) pentru aplicarea calculului cuantic la probleme din viața reală. Cu toate acestea, Sharma este precaut și consideră că această tehnologie încă nu este capabilă să abordeze scenarii reale la scară largă. "Cred că va dura cel puțin două decenii pentru ca hardware-ul [echipamentele] să fie la un nivel bun, astfel încât să poată fi testate măcar probleme de dimensiuni decente", afirmă el.

Oskar Painter: Optimism și progrese în calculul cuantic

Oskar Painter, directorul Quantum Hardware de la AWS, are o opinie total opusă, după prezentarea lui Ocelot: "Odată cu progresele recente în cercetarea cuantică, calculatoarele cuantice tolerante la erori vor fi disponibile pentru aplicații din lumea reală. Ocelot este un pas important în această călătorie. În viitor, cipurile cuantice construite conform arhitecturii Ocelot ar putea costa chiar și o cincime din prețul actual, datorită cantității drastic reduse de resurse necesare pentru corectarea erorilor. Mai exact, credem că acest lucru va accelera realizarea unui computer cuantic practic în cinci ani".

Cipul cuantic Ocelot, de la Amazon Web Services. AWS

Principii fundamentale ale calculului cuantic

Baza calculului cuantic este superpoziția stărilor, capacitatea particulelor, precum un electron sau un foton, de a exista în mai multe stări în același timp. Această proprietate configurează qubitul (unitatea cuantică de bază), cu o capacitate exponențial mai mare decât biții clasici, care pot fi doar în două stări: zero sau unu. Dar orice interferență, denumită "zgomot" (poate fi o schimbare de temperatură sau simpla rețea wifi, de exemplu), anulează această superpoziție pe care fizicianul Erwin Schrödinger a simplificat-o cu celebra pisică ce poate fi vie și moartă în același timp.

Strategii de corectare a erorilor

Astfel, două dintre cheile calculului cuantic sunt dezvoltarea de cipuri robuste care să mențină sau să profite de coerența fragilă și efemeră a qubiților în fața zgomotului și, știind că vor apărea erori, corectarea acestora.

Exemple de abordări

Este calea aleasă de Google cu Willow, de IBM cu Heron, un cip de 133 de qubiți dezvoltat pentru interconectarea sa și bazat pe o arhitectură cunoscută sub numele de "cuplor reglabil", și de AWS cu Ocelot. Obiectivul este de a dezvolta calculatoare cuantice capabile să efectueze calcule fiabile, fără erori și de o complexitate semnificativă. "Cea mai mare provocare nu este să construim mai mulți qubiți, ci să-i facem să funcționeze în mod fiabil", afirmă Painter.

Abordarea teoretică a lui Microsoft

O altă cale este cea anunțată de Microsoft, care susține că a descoperit o nouă stare a materiei: Majorana, o propunere teoretică a lui Ettore Majorana de acum 88 de ani și care descrie o particulă capabilă să protejeze informația cuantică de mediu (zgomot) și, prin urmare, să facă inutilă corectarea erorilor. Aceasta nu a fost încă obținută, conform majorității fizicienilor.

Rezultate și scepticism

O echipă de la Institutul de Știința Materialelor din Madrid (ICMM-CSIC), formată din Elsa Prada, Ramón Aguado și Pablo San José, în colaborare cu Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA), Institutul Catalan de Nanoștiință și Nanotehnologie (ICN2) și Universitatea Princeton din Statele Unite, a căutat acest sfânt graal cuantic. Dar, spre deosebire de Microsoft, au supus rezultatele cercetărilor lor la multiple verificări până când au stabilit, conform publicației lor în Nature, că au reușit să găsească o impostoare, o particulă care imită comportamentele lui Majorana, dar nu este ea.

Omul de știință spaniol se arată sceptic după anunțul Microsoft. El apără importanța particulelor Majorana ca "nouă stare cuantică a materiei" și admite că descoperirea lor ar fi esențială pentru dezvoltarea qubiților topologici, "imuni la decoerență [pierderea superpoziției stărilor]". Dar avertizează: "Există cu adevărat multă exagerare și dezinformare în domeniu [al calculului cuantic] și este important să fim preciși și riguroși dacă vrem ca noi, oamenii de știință, să fim luați în serios", avertizează Aguado.

"De ce acest scepticism?", se întreabă el într-o publicație proprie. Aguado amintește că detectările anterioare ale particulelor Majorana "s-au dovedit a fi fals pozitive (așa-numitele stări legate Andreev în interiorul spațiului unui superconductor), ceea ce a făcut ca detectarea concludentă să fie extrem de dificilă". "Grupul nostru a contribuit în mare măsură la clarificarea acestei dezbateri", adaugă el.

"Au fost detectate particule Majorana? Dacă îmi permiteți jocul de cuvinte, au fost văzute de multe ori în revista Nature, dar poate nu de atâtea ori în adevărata mamă natură", ironizează el.

Și conchide: "Să fim clari: documentul Microsoft nu a demonstrat nici măcar un singur qubit (topologic sau de alt tip), nici măcar o dovadă incontestabilă a particulelor Majorana în dispozitivul său. Când se publică și se amplifică știri total părtinitoare, comunicate de presă și altele asemenea, care conțin afirmații atât de exagerate, aproape de falsul absolut, devine din ce în ce mai ușor să se discrediteze știința, oamenii de știință și să se genereze știri false despre alte subiecte mai importante pentru societate".

Perspective diverse ale experților

Profesorul de Fizică Teoretică la King’s College din Londra, George Booth, este mai puțin categoric ("Nu reușesc să demonstreze în mod inechivoc că pot măsura un qubit topologic complet, dar se apropie de un qubit topologic viabil", afirmă el). Cu toate acestea, el amintește că, în cei 20 de ani de cercetare a Microsoft pe această cale, unele articole au trebuit să fie retrase din cauza erorilor.

De asemenea, tânărul om de știință Monit Sharma se alătură grupului precauției exprimate de Aguado: "Cred că este esențial să comunicăm în mod responsabil ceea ce cuantica poate și nu poate face astăzi. Atingerea avantajului cuantic [rezolvarea unei probleme într-un mod semnificativ mai rapid decât orice supercomputer clasic], sau, mai ambițios, supremația cuantică [rezolvarea unei probleme imposibile pentru un computer convențional] pentru sarcini practice, este un maraton, nu o cursă de viteză".

În schimb, cercetătorul Ocelot, Oskar Painter, profesor de Fizică la Caltech și șef al hardware-ului cuantic la AWS, apără progresele rapide: "Ratele de eroare au scăzut cu un factor de doi la fiecare doi ani. În acest ritm, ne-ar lua 70 de ani să ajungem unde trebuie să fim. În schimb, dezvoltăm o nouă arhitectură de cipuri care ne poate duce acolo mai repede". "Acesta fiind spuse, acesta este unul dintre primele blocuri de construcție. Mai avem mult de lucru", admite el.

Puțin mai precaut și în linia lui Shamar se pronunță Fernando Brandão, coleg de cercetare al lui Painter la AWS și Caltech, precum și coautor al lucrării despre Ocelot: "Suntem într-o căutare pe termen lung pentru a construi un computer cuantic util pentru a face lucruri pe care nici măcar cele mai bune supercomputere nu le pot face, dar extinderea lor este o mare provocare".