La tolleranza ai guasti è un concetto fondamentale nella computazione quantistica in quanto consente la progettazione di circuiti quantistici affidabili nonostante le imperfezioni dei bit quantistici (qubit) e delle porte logiche. Nei computer quantistici resilienti ai guasti, i qubit e le porte logiche, che sono affidabili ed eseguono l’algoritmo dell’utente, sono composti da numerosi qubit e porte fisiche rumorose. Questa rete interconnessa di componenti fisici, quando controllata adeguatamente, consente ai dispositivi quantistici rumorosi di funzionare come macchine di calcolo affidabili.

La tolleranza ai guasti è cruciale perché sblocca il vero potenziale della computazione quantistica, consentendo applicazioni trasformative in vari settori come progressi scientifici, cicli di sviluppo di farmaci più rapidi, nuovi materiali per batterie e metodi migliorati per la produzione di fertilizzanti e cattura di carbonio. Queste applicazioni hanno il potenziale per rivoluzionare la società e l’economia.

Per eseguire queste applicazioni trasformative sono necessari circuiti quantistici con milioni e persino miliardi di porte. Solo i computer quantistici resilienti ai guasti possono gestire circuiti di questa dimensione senza produrre risultati non affidabili. Team di ricerca accademici e industriali hanno contribuito a definire i requisiti di porte e qubit per queste applicazioni. Stime specifiche delle risorse, compreso il numero di qubit e porte logiche, forniscono un obiettivo concreto per i futuri computer quantistici resilienti ai guasti.

I dispositivi NISQ odierni, con i loro alti livelli di rumore, non possono gestire circuiti con gli estesi requisiti di porte per applicazioni trasformative. Le tecniche di mitigazione del rumore spesso sono impraticabili, richiedendo troppe ripetizioni o esecuzioni sperimentali con risultati non affidabili. La tolleranza ai guasti è la chiave per colmare il divario di 10000 volte tra i requisiti di porte dei dispositivi NISQ attuali e quelli necessari per le applicazioni trasformative. Pertanto, molti dei principali team di informatica quantistica sono attualmente impegnati nello sviluppo di computer quantistici resilienti ai guasti.

Il progresso in tre aree è cruciale per colmare questa lacuna. In primo luogo, gli algoritmi devono diventare ancora più efficienti, riducendo il numero di porte richieste per i calcoli. In secondo luogo, sono necessari miglioramenti nell’hardware per rendere possibile la tolleranza ai guasti. Infine, devono essere sviluppate architetture di tolleranza ai guasti per ottimizzare le prestazioni dell’hardware imperfetto. Ottenere progressi significativi in queste aree sbloccherà l’impatto rivoluzionario della computazione quantistica sulla società e sull’economia.

Per approfondire il concetto di tolleranza ai guasti e la sua importanza nella computazione quantistica, la Parte 1 del documento completo è disponibile per il download sul sito web di GQI.

Autore: Dr. Ish Dhand, CEO e co-fondatore di QC Design.

Fonti: GQI, Quantum Computing Report, CALTECH, ETH, MacquarieU, UMaryland, USherbrooke, UToronto, UVienna, UWashington, Google, Microsoft, PsiQuantum, Xanadu, BASF SE, Boehringer Ingelheim, Mercedes-Benz, Volkswagen.

Nota: Le opinioni e i punti di vista presenti in questo rapporto appartengono all’autore e non riflettono necessariamente le conclusioni o le scoperte di GQI.