Calcolo quantistico : il processore IBM Nighthawk r2 ha eseguito un complesso esperimento di campionamento con circuiti casuali
Secondo i ricercatori, riprodurre lo stesso risultato con il supercomputer Frontier richiederebbe più di cent’anni. È un’importante dimostrazione di vantaggio quantistico, ma non ancora la nascita di un computer universale più veloce in ogni applicazione
Diciannove secondi contro oltre un secolo di calcolo. Il confronto è impressionante, ma per comprenderne il significato occorre andare oltre i numeri. Un gruppo di ricercatori della società statunitense BlueQubit ha utilizzato il processore quantistico IBM Nighthawk r2 per completare un esperimento che, secondo le loro stime, sarebbe estremamente difficile da riprodurre con uno dei più potenti supercomputer tradizionali.
Il risultato è stato presentato il 23 settembre 2026 in un articolo depositato su arXiv. Si tratta quindi di un preprint, un lavoro reso pubblico prima della revisione paritaria da parte di altri specialisti. Questa precisazione non rende il risultato irrilevante, ma invita a considerarlo per quello che è: una dimostrazione scientifica promettente, accompagnata da una valutazione della complessità classica che dovrà essere controllata, discussa e possibilmente riprodotta in modo indipendente.
Un processore quantistico accessibile attraverso il cloud
L’esperimento è stato eseguito su Nighthawk r2, un processore IBM dotato di 120 qubit programmabili disposti secondo una griglia quadrata. I qubit sono collegati mediante 218 accoppiatori regolabili, che permettono di realizzare interazioni tra elementi vicini del circuito.
La seconda versione di Nighthawk introduce inoltre un sistema indipendente e molto rapido per riportare ogni qubit al proprio stato iniziale. Il reset costituisce un passaggio essenziale: prima di ripetere un circuito, il processore deve preparare nuovamente i qubit in condizioni note. Riducendo questo intervallo, IBM dichiara di avere portato la capacità della macchina a oltre centomila esecuzioni di circuito al secondo, circa venticinque volte il valore indicato per i processori Heron.
I ricercatori non hanno utilizzato tutti i 120 qubit disponibili, ma un insieme di 61 qubit. L’esperimento è stato condotto attraverso il normale ambiente cloud di IBM, senza una calibrazione appositamente preparata per il test. È un particolare significativo: la dimostrazione non è stata effettuata esclusivamente su un apparato sperimentale costruito per un singolo laboratorio, ma su un processore al quale altri utenti possono accedere mediante la piattaforma IBM Quantum.
Che cosa ha calcolato Nighthawk r2
Il compito utilizzato si chiama “random circuit sampling”, ossia campionamento da circuiti casuali. Su ciascun qubit vengono applicate sequenze di operazioni scelte secondo determinate regole, alternando trasformazioni individuali e interazioni capaci di produrre entanglement. Alla fine i qubit vengono misurati e restituiscono stringhe di zero e uno.
Una singola stringa non rappresenta la soluzione di un problema scientifico concreto. Il risultato importante è la distribuzione statistica formata ripetendo il circuito moltissime volte. In questo caso Nighthawk r2 ha prodotto un milione di campioni in circa 19 secondi.
La difficoltà nasce dal fatto che lo stato di un sistema quantistico cresce molto rapidamente con il numero dei qubit. Per descrivere completamente 61 qubit occorre, in linea di principio, considerare un numero di ampiezze proporzionale a (2^{61}). Un computer tradizionale può impiegare strategie più intelligenti della memorizzazione diretta dell’intero stato, come la contrazione delle reti tensoriali, ma anche queste tecniche diventano molto onerose quando le correlazioni quantistiche si diffondono attraverso un circuito sufficientemente profondo.
Il test ha raggiunto 36 cicli di operazioni, comprendenti 918 porte quantistiche a due qubit. Secondo l’analisi degli autori, a questa profondità la simulazione classica entra in una regione nella quale il costo computazionale diventa particolarmente elevato.
Da dove arrivano i “centodieci anni”
Il confronto con il calcolo tradizionale non deriva dall’avere realmente occupato un supercomputer per più di un secolo. È una stima costruita valutando il numero di operazioni necessarie per simulare il circuito con specifici algoritmi classici.
Gli autori calcolano che la produzione di un milione di campioni con una fedeltà confrontabile richiederebbe circa (1,2 \times 10^{27}) operazioni elementari. Rapportando questo costo alle prestazioni del supercomputer Frontier dell’Oak Ridge National Laboratory, stimano un tempo superiore a cent’anni, indicato nelle ricostruzioni divulgative come circa 110 anni.
Questa distinzione è fondamentale. Il risultato non dimostra che qualunque computer classico impiegherà necessariamente 110 anni, ma che ciò avverrebbe all’interno del modello di simulazione e delle condizioni considerate nello studio. La storia dei test di vantaggio quantistico mostra infatti che nuovi algoritmi classici possono ridurre drasticamente tempi inizialmente ritenuti proibitivi.
Dopo la celebre dimostrazione realizzata da Google con il processore Sycamore nel 2019, diversi gruppi riuscirono a elaborare simulazioni classiche più efficienti. Ciò non annullò il valore dell’esperimento, ma modificò l’entità del vantaggio dichiarato. Anche il nuovo risultato dovrà quindi confrontarsi con la risposta della comunità che sviluppa metodi di simulazione classica.
Il problema della fedeltà
Un processore quantistico contemporaneo non opera in condizioni ideali. I qubit sono estremamente sensibili alle perturbazioni ambientali, mentre ogni porta e ogni misurazione possono introdurre errori. Aumentando la profondità del circuito, il segnale corretto tende gradualmente a confondersi con il rumore.
Nel test la fedeltà stimata al trentaseiesimo ciclo è pari a circa (2,3 \times 10^{-3}), ossia lo 0,23 per cento. Può sembrare un valore molto basso, ma nel random circuit sampling ciò che conta è dimostrare che nella distribuzione rimane una correlazione statisticamente misurabile con quella prodotta dal circuito ideale.
Poiché una verifica classica diretta dell’intero insieme sarebbe troppo costosa, gli autori hanno utilizzato due metodi indipendenti: il mirror benchmarking e il cross-entropy benchmarking applicato a circuiti suddivisi in tre o quattro sezioni. La concordanza tra le diverse stime costituisce uno degli argomenti principali a sostegno del risultato.
Gli stessi ricercatori, tuttavia, ricordano che il cross-entropy benchmarking non certifica automaticamente che la distribuzione sperimentale sia vicina a quella ideale sotto ogni possibile criterio matematico. La verifica dei risultati quantistici è uno dei problemi centrali del settore: se il calcolo è troppo complesso per essere riprodotto da un computer classico, diventa difficile anche controllare direttamente che la macchina quantistica lo abbia eseguito correttamente.
Vantaggio quantistico non significa utilità universale
Il random circuit sampling è stato progettato soprattutto per mettere alla prova i processori e confrontarli con le migliori simulazioni classiche. Non serve direttamente a scoprire un nuovo farmaco, prevedere il clima, progettare una batteria o decifrare sistemi crittografici.
Per questo il risultato non significa che Nighthawk r2 sia più veloce di Frontier in generale. I due sistemi affrontano il calcolo in modi profondamente diversi: il supercomputer classico resta enormemente più utile e versatile per la quasi totalità delle applicazioni scientifiche e industriali attuali.
Non siamo neppure di fronte a una macchina quantistica pienamente tollerante agli errori. Nighthawk r2 è ancora un processore fisico esposto al rumore, privo dei numerosi qubit logici corretti che saranno necessari per eseguire algoritmi quantistici molto lunghi e affidabili.
La dimostrazione indica qualcosa di più preciso: esiste almeno una particolare attività di campionamento nella quale un processore quantistico accessibile tramite cloud sembra produrre risultati più rapidamente di quanto sia possibile con le tecniche classiche considerate dagli autori.
Il valore scientifico di un confine mobile
Il confronto tra calcolo quantistico e calcolo classico non consiste in una gara con un traguardo immutabile. Quando migliora l’hardware quantistico, i ricercatori classici cercano nuove strategie per simularlo; quando migliorano gli algoritmi di simulazione, gli ingegneri quantistici devono costruire circuiti più grandi, profondi e affidabili.
È proprio questa competizione a rendere il risultato interessante. Il vantaggio quantistico non è soltanto un annuncio, ma un’affermazione che deve specificare il compito, la qualità dei campioni, il metodo di verifica e il migliore termine di confronto classico disponibile.
Il tempo di 19 secondi acquista significato soltanto insieme a tutte queste condizioni. Separato da esse diventa uno slogan; inserito nel contesto sperimentale rappresenta invece un’indicazione concreta dei progressi compiuti nella velocità di esecuzione, nella connettività dei qubit e nella capacità di controllare circuiti complessi.
La scienza procede anche attraverso risultati che devono essere messi alla prova. Se le stime saranno confermate e resisteranno allo sviluppo di nuove simulazioni classiche, l’esperimento di BlueQubit costituirà una delle più rilevanti dimostrazioni di vantaggio quantistico ottenute su una piattaforma ampiamente accessibile. Non è ancora il momento in cui il computer quantistico sostituirà quello tradizionale, ma è un segnale importante: il confine tra ciò che possiamo simulare e ciò che possiamo soltanto osservare su un dispositivo quantistico continua a spostarsi.
Immagine : creazione originale elaborate con Intelligenza Artificiale.
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