Scienziati di Oxford Riducono l’Errore Quantistico a un Record Storico

Un interesse crescente nella tecnologia quantistica ha portato il suo mercato a superare $1 miliardo e si prevede che raggiungerà un valore di più di $170 miliardi entro il 2040. Secondo McKinsey, la tecnologia quantistica potrebbe creare trilioni di dollari di valore entro il prossimo decennio. 

Nell’ecosistema della tecnologia quantistica, il calcolo quantistico in particolare ha un potenziale enorme. Coinvolge l’uso della meccanica quantistica, che si occupa semplicemente del comportamento della materia e dell’energia a livello atomico e subatomico, per risolvere problemi complessi. 

Si prevede che il calcolo quantistico avrà un impatto profondo in vari settori, tra cui tecnologia, ricerca, scienza, finanza ed economia.

A differenza dei computer classici, come i nostri laptop, che memorizzano ed elaborano le informazioni in bit, ognuno dei quali è zero o uno, l’unità base nel calcolo quantistico è un qubit. Un chip quantistico è composto da molti bit quantistici, o qubit, che sono tipicamente particelle subatomiche come elettroni o fotoni, manipolati e controllati da campi elettrici e magnetici appositamente progettati.

I qubit possono trovarsi in uno stato di zero, uno, o in una combinazione di entrambi. La combinazione, chiamata “stato di sovrapposizione”, è una proprietà distintiva che consente ai computer quantistici di memorizzare ed elaborare insiemi di dati estremamente grandi molto più velocemente anche dei computer classici più potenti.

Ora, esistono molti modi diversi per creare questi qubit, come l’uso di semiconduttori, fotonica, dispositivi superconduttori e altri approcci.

La qualità dei qubit è di grande importanza qui. Tuttavia, sono sensibili a errori o rumore, che sono disturbi indesiderati che possono provenire da molte fonti. Queste fonti possono includere variazioni di temperatura, imperfezioni nel processo di fabbricazione e interazioni con l’ambiente del qubit, tra le altre.

Questi errori riducono l’affidabilità di un qubit, nota come fedeltà. Un qubit con alta fedeltà è essenziale per un chip quantistico per eseguire compiti complessi.

Rendere la Affidabilità Quantistica una Realtà

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno lavorato sui qubit logici, che si riferiscono a qubit codificati usando una collezione di qubit fisici per proteggere dagli errori. Mentre i qubit fisici rappresentano l’hardware quantistico reale, un qubit logico è un’astrazione che imita un qubit a prova di guasto.

I principali sviluppatori di chip quantistici hanno spostato il loro focus sui qubit logici e stanno facendo progressi significativi nella correzione degli errori quantistici.

Ad esempio, a dicembre 2024, Google (GOOG )  ha presentato il suo chip quantistico chiamato Willow. Questo nuovo chip, basato su qubit superconduttori, è stato annunciato come una grande svolta nel campo del calcolo quantistico, sebbene attualmente non abbia applicazioni nel mondo reale.

Tipicamente, più qubit vengono usati, più errori si verificano, e il sistema diventa classico. Tuttavia, Google ha dimostrato¹ che più qubit hanno usato in Willow, meno errori hanno ridotto, e più il sistema è diventato quantistico. 

Il colosso tecnologico è riuscito a ridurre gli errori “esponenzialmente” aumentando il numero di qubit, ha detto Hartmut Neven, fondatore di Google Quantum AI. Questo “spezza una sfida chiave nella correzione degli errori quantistici che il settore ha perseguito per quasi 30 anni,” ha aggiunto.

Per misurare le prestazioni di Willow, Google ha utilizzato lo standard di campionamento di circuiti casuali (RCS). Il suo chip quantistico ha eseguito un calcolo in meno di cinque minuti che avrebbe richiesto a un supercomputer 10 septilioni di anni.

Nel febbraio di quest’anno, Microsoft (MSFT ) ha anche presentato il primo processore quantistico al mondo alimentato da qubit topologici. Majorana 1 è progettato per scalare a un milione di qubit su un singolo chip. Con questo risultato, il colosso tecnologico ha dichiarato di essere sulla buona strada per costruire un prototipo di computer quantistico scalabile e a prova di guasto in pochi anni.

La base di Majorana 1 è la scoperta fatta dal team, in particolare il topoconductore, una classe di materiali che ha permesso la creazione di superconduttività topologica. Questo è il risultato della fabbricazione di un dispositivo che combina alluminio (un superconduttore) e arsenico di indio (un semiconduttore).

Quando questo dispositivo viene raffreddato quasi a zero e poi sintonizzato con campi magnetici, forma nanofili superconduttori topologici, con le estremità dei fili contenenti le Majorana Zero Modes (MZM) che fungono da blocchi costitutivi dei loro qubit.

Per sbloccare la promessa del quantistico, il team ha già posizionato otto qubit topologici su un chip progettato per ospitare un milione.

Anche Amazon (AMZN ) ha annunciato il suo chip quantistico chiamato ‘Ocelot’ che utilizza un’architettura scalabile per ridurre la correzione degli errori fino al 90%. 

Il chip è composto da due microchip di silicio integrati, ciascuno con un’area di circa un centimetro quadrato, legati uno sopra l’altro in una pila di chip collegata elettricamente. La superficie di ogni microchip ha sottili strati di materiali superconduttori, formando gli elementi del circuito quantistico.

Ci sono in totale 14 elementi principali che costituiscono il chip Ocelot, inclusi cinque qubit dati (cat qubits), altri cinque per stabilizzare i qubit dati e altri quattro qubit per rilevare errori sui qubit dati.

I cat qubit memorizzano gli stati quantistici, per i quali si basano su oscillatori, realizzati con un sottile film di Tantalio e che producono costantemente un segnale elettrico ripetitivo. 

“Con i recenti progressi nella ricerca quantistica, non è più una questione di se, ma di quando i computer quantistici pratici e a prova di guasto saranno disponibili per applicazioni reali. Ocelot è un passo importante in questo percorso.”

– Oskar Painter, direttore di Quantum Hardware di AWS.

Si ritiene che l’architettura Ocelot acceleri la loro “tempistica verso un computer quantistico pratico fino a cinque anni.”

La Corsa Verso Sistemi Quantistici a Prova di Guasto

Migliorare l’accuratezza dei calcoli quantistici è l’obiettivo di aziende e ricercatori in tutto il mondo, e sono stati fatti progressi significativi.

Solo un paio di anni fa, i ricercatori del MIT hanno mostrato un nuovo framework di qubit superconduttori in grado di eseguire operazioni tra qubit con grande precisione. Il nuovo tipo di qubit superconduttore è il fluxonium, che può avere una durata, o tempi di coerenza, molto più lunghi rispetto a quelli comunemente usati. 

Il tempo di coerenza è una misura di quanto tempo un qubit può eseguire operazioni prima che tutte le informazioni nel qubit vengano perse.

“Più a lungo vive un qubit, maggiore è la fedeltà delle operazioni che tende a promuovere.”

– Autore principale, Leon Ding

L’architettura, nel frattempo, prevedeva un elemento di accoppiamento speciale tra due qubit fluxonium, consentendo loro di eseguire operazioni logiche, note come porte, con alta precisione. Suppressa il rumore di fondo che può introdurre errori nelle operazioni quantistiche.

L’accuratezza delle porte a due qubit ha superato il 99,9% mentre quella delle porte a singolo qubit è stata del 99,99%. L’architettura, nel frattempo, è stata implementata su un chip usando un processo di fabbricazione estensibile.

“Costruire un computer quantistico su larga scala inizia con qubit e porte robusti,” e lo studio ha mostrato un sistema a due qubit altamente promettente, ha affermato Ding. I qubit fluxonium hanno raggiunto tempi di coerenza di più di un millisecondo. Il loro prossimo passo è stato aumentare il numero di qubit.

Un paio di mesi fa, i ricercatori del MIT hanno anche presentato un circuito quantistico superconduttivo che ha raggiunto un forte accoppiamento non lineare tra fotoni (luce a microonde) e atomi artificiali (qubit). Potrebbe consentire la lettura e l’elaborazione delle informazioni quantistiche in pochi nanosecondi.

Per questo, i ricercatori hanno usato un framework di circuito superconduttivo unico per mostrare un accoppiamento luce-materia non lineare, significativamente più forte di quanto osservato in precedenza e può consentire a un processore quantistico di operare fino a 10 volte più velocemente.

Secondo l’autore principale Yufeng “Bright” Ye:

“Questo eliminerebbe davvero uno dei colli di bottiglia nel calcolo quantistico. Di solito, è necessario misurare i risultati dei propri calcoli tra i cicli di correzione degli errori. Questo potrebbe accelerare la velocità con cui possiamo raggiungere lo stadio del calcolo quantistico a prova di guasto e poter ottenere applicazioni reali e valore dai nostri computer quantistici.”

È notevole che Ye abbia inventato un nuovo tipo di accoppiatore quantistico per facilitare le interazioni tra i qubit. Il quarton coupler è un tipo speciale di circuito superconduttivo che può generare un accoppiamento non lineare estremamente forte, e aumentando la corrente in ingresso, l’accoppiatore crea un’interazione non lineare ancora più forte. Ye ha spiegato:

“La maggior parte delle interazioni utili nel calcolo quantistico proviene dall’accoppiamento non lineare di luce e materia. Se si può ottenere una gamma più versatile di diversi tipi di accoppiamento e aumentare la forza dell’accoppiamento, allora si può essenzialmente aumentare la velocità di elaborazione del computer quantistico.” 

Con questo lavoro, i ricercatori sperano che altri possano costruire un computer quantistico a prova di guasto per una computazione quantistica pratica e su larga scala.

Le innovazioni del SQMS Nanofabrication Taskforce, nel frattempo, hanno raggiunto² tempi di coerenza fino a 0,6 millisecondi, risultato di un design ottimizzato dei qubit e di resonatori di lettura migliorati, entrambi i quali hanno aumentato la stabilità e la coerenza. 

Questa collaborazione tra il National Institute of Standards and Technology (NIST), il Center for Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) di Fermilab e diversi altri partner governativi, universitari e industriali mira a avvicinare la ricerca quantistica alla realtà. 

Tra tutte queste iniziative per costruire computer quantistici scalabili e a prova di guasto, i fisici dell’Università di Oxford hanno stabilito un nuovo record mondiale per l’accuratezza delle operazioni dei qubit.

Stabilire un Nuovo Standard Globale di Accuratezza Quantistica

Il nuovo studio, pubblicato su Physical Review Letters³, dimostra che i fisici di Oxford hanno raggiunto un tasso di errore di appena 0,000015% per una singola operazione logica quantistica. 

Ciò significa un errore ogni 6,7 milioni di operazioni, un nuovo record per l’accuratezza delle operazioni dei qubit e un grande passo verso computer quantistici più robusti e utili per affrontare problemi altamente complessi con meno qubit fisici e requisiti infrastrutturali ridotti.

“Per quanto ne sappiamo, questa è l’operazione di qubit più accurata mai registrata in tutto il mondo. È un passo importante verso la costruzione di computer quantistici pratici che possano affrontare problemi del mondo reale.” 

– Co-autore dello studio, Professor David Lucas, Dipartimento di Fisica, Università di Oxford

Ciò che è interessante è che questa svolta supera il record precedente stabilito dallo stesso team. Il nuovo record è circa sette volte più accurato del precedente.

Poco più di un decennio fa, il team ha implementato⁴ tutte le operazioni a singolo qubit con fedeltà ben al di sopra della soglia minima necessaria per il calcolo quantistico a prova di guasto, usando un qubit ionico intrappolato memorizzato in stati “orologio atomico” iperfini. All’epoca, il loro tasso di errore a singolo qubit era 1 su 1 milione. 

Questo successo ha portato al lancio della spinout chiamata Oxford Ionics nel 2019, che è diventata leader nelle piattaforme di qubit ionici intrappolati ad alte prestazioni. Nel maggio 2025, ha delineato tre fasi di sviluppo a breve termine: ‘Foundation’, ‘Enterprise-grade’ e ‘Value at scale’, per raggiungere un ampio valore commerciale entro i prossimi 3 anni e fornire dispositivi con 1 milione di qubit. La scorsa settimana, Oxford Ionics ha stipulato un accordo con IonQ (IONQ ) per acquisirla per $1,075 miliardi.

Ora, lo stesso team ha raggiunto un nuovo traguardo nella riduzione della probabilità che le porte logiche quantistiche commettano errori.

Eseguire calcoli utili su un computer quantistico richiede milioni di operazioni da eseguire su molti qubit. Ma questa entità significa che un alto tasso di errore può rendere il risultato finale privo di significato e inutile.

Correggere l’errore può sistemare l’errore, ma richiede ancora più qubit. Quindi, riducendo l’errore, il nuovo studio riduce il numero di qubit necessari, riducendo così le dimensioni e il costo del computer quantistico.

“Riducendo drasticamente la probabilità di errore, questo lavoro riduce significativamente l’infrastruttura necessaria per la correzione degli errori, aprendo la strada a futuri computer quantistici più piccoli, più veloci e più efficienti. Un controllo preciso dei qubit sarà anche utile per altre tecnologie quantistiche come orologi e sensori quantistici,” ha dichiarato la co-lead author dello studio, Molly Smith, studentessa laureata di Oxford.

Per raggiungere il livello di accuratezza senza precedenti, i fisici hanno usato un ione di calcio intrappolato come bit quantistico o qubit.

Gli ioni di calcio sono comunemente usati per memorizzare informazioni quantistiche grazie ai loro lunghi tempi di coerenza e alta fedeltà nelle operazioni quantistiche. Sono anche molto robusti e facili da manipolare con i laser.

Il team di Oxford, tuttavia, non ha usato l’approccio laser convenzionale; invece, ha usato segnali elettronici (microwave) per controllare lo stato quantistico degli ioni di calcio.

Con questa tecnica, sono riusciti ad avere una stabilità maggiore rispetto a quella offerta dal controllo laser. Ma non è tutto. Rispetto ai laser, il controllo elettronico è anche più economico e più robusto. È anche più facile da integrare nei chip di intrappolamento di ioni. 

Inoltre, l’esperimento è stato condotto senza schermatura magnetica e a temperatura ambiente, il che semplifica i requisiti tecnici per un computer quantistico funzionante.

Quindi, il team è riuscito a ridurre l’errore di quasi un ordine di grandezza questa volta grazie a un migliore controllo dell’ampiezza e del detuning del microwave con procedure di calibrazione automatizzate. Inoltre, la riduzione dell’eccitazione delle transizioni spettatrici tramite più ampie scissioni di Zeeman, così come l’uso della modellazione degli impulsi, hanno contribuito a questo. 

La precisione record è un risultato enorme; tuttavia, è solo una parte di una sfida più ampia. Come ha osservato il team, il calcolo quantistico richiede che le porte a singolo e a due qubit funzionino insieme, e le porte a due qubit soffrono ancora di alti tassi di errore.

Attualmente, il miglior tasso di errore è circa 1 su 2000, quindi per costruire una macchina quantistica completamente a prova di guasto, il team deve ridurre questo numero.

Le operazioni a singolo qubit ad alta fedeltà hanno ancora molti usi sia nell’informazione quantistica che oltre, inclusa la protezione dei qubit ‘inattivi’ tramite decoupling dinamico, nelle applicazioni di sensori quantistici, e sequenze di impulsi compositi per indirizzare qubit individuali e compensare gli errori.

Investire nel Calcolo Quantistico

International Business Machines Corporation (IBM ), nota per le sue piattaforme di cloud ibrido e IA e per i servizi di consulenza e infrastruttura, esplora la tecnologia quantistica dagli anni ’70. Nel 2016, ha lanciato il IBM Quantum Experience, che ha messo il primo processore quantistico sul cloud, rendendolo così accessibile a tutti.

IBM (IBM ) 

Negli anni, IBM ha continuato la sua ricerca nel campo, e la scorsa settimana ha annunciato piani per avere un computer quantistico pratico pronto entro il 2029.

Denominato “Starling”, il computer quantistico a prova di guasto con 200 qubit logici sarà costruito in un data center in costruzione a Poughkeepsie, New York.

Secondo i rapporti, il team ha sviluppato un nuovo algoritmo che riduce significativamente il numero di qubit necessari per la correzione degli errori. Jay Gambetta, responsabile dell’iniziativa quantistica di IBM, ha dichiarato quanto segue in un’intervista:

“Abbiamo risposto a quelle domande scientifiche. Non serve più un miracolo. Ora serve una grande sfida ingegneristica. Non c’è reinvenzione degli strumenti o qualcosa del genere.”

Ora, se osserviamo la capitalizzazione di mercato di $257,64 miliardi, le performance di mercato di IBM, le sue azioni attualmente scambiano a $278, in rialzo del 26,11% YTD. Le azioni IBM hanno effettivamente raggiunto un massimo storico (ATH) di $281,75 la scorsa settimana.

Con ciò, il suo EPS (TTM) è 5,85 e il P/E (TTM) è 47,42, mentre il rendimento del dividendo offerto è del 2,42%.

Per quanto riguarda i dati finanziari di IBM, ha riportato un fatturato di $14,5 miliardi per il primo trimestre del 2025. Il margine di profitto lordo GAAP in questo periodo era del 55,2% mentre il margine operativo non-GAAP era del 56,6%. Il margine di reddito ante imposte GAAP, nel frattempo, era dell’8%, e il margine operativo non-GAAP era del 12%.

“Abbiamo superato le aspettative per fatturato, redditività e flusso di cassa libero nel trimestre, guidati dalla forza del nostro portafoglio Software. Continua a esserci una forte domanda per l’IA generativa e il nostro portafoglio clienti supera i $6 miliardi dall’inizio, in crescita di oltre $1 miliardo nel trimestre.” 

– CEO Arvind Krishna

Nel primo trimestre di quest’anno, il flusso di cassa netto generato dalle attività operative è stato di $4,4 miliardi mentre il flusso di cassa libero è stato di $2 miliardi. IBM ha chiuso il trimestre con $17,6 miliardi di liquidità, liquidità vincolata e titoli negoziabili.

Una solida posizione di liquidità e un flusso di cassa libero robusto hanno permesso all’azienda di restituire $1,5 miliardi agli azionisti sotto forma di dividendi. Ha anche investito $7,1 miliardi in acquisizioni, tra cui l’acquisto di HashiCorp. Secondo Krishna:

“Rimaniamo ottimisti sulle opportunità di crescita a lungo termine per la tecnologia e l’economia globale.” 

Ultime Notizie e Sviluppi sulle Azioni di International Business Machines Corporation (IBM)

Conclusione: Prossimi Passi Verso la Realtà Quantistica

Dai ricercatori alle aziende e ai governi, tutti sono attivamente e profondamente coinvolti nel rendere i computer quantistici una realtà. Le ultime scoperte del team di Oxford e dei giganti tecnologici stanno migliorando drasticamente la fedeltà dei qubit e rendendo la correzione degli errori più efficiente, il che significa che il prossimo salto quantistico potrebbe non essere più a decenni di distanza, rendendo inevitabili le macchine quantistiche pratiche!

Clicca qui per un elenco delle principali aziende di calcolo quantistico.

Studi Citati:

^{1. Google Quantum AI and Collaborators. Quantum Error Correction Below the Surface Code Threshold. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce: Towards Fabrication of High Coherence Superconducting Qubits. Conference, 20 settembre 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Single-Qubit Gates with Errors at the 10⁻⁷ Level. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. High-Fidelity Preparation, Gates, Memory, and Readout of a Trapped-Ion Quantum Bit. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}