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UCF ottiene un finanziamento di 400.000 dollari dal DOE per strumenti destinati a computer quantistici parzialmente tolleranti ai guasti
Il team di Siyuan Niu, professore assistente alla UCF, ha ricevuto un finanziamento di 400.000 dollari dal Department of Energy per sviluppare software destinato a computer quantistici parzialmente tolleranti ai guasti. Il framework open so
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
«Per questo progetto, il compito è simulare il comportamento degli elettroni nei materiali».
Siyuan Niu, professore assistente presso il Department of Electrical and Computer Engineering della UCF
Un progetto da 400.000 dollari parte dalla simulazione degli elettroni
Siyuan Niu, della University of Central Florida, guida un progetto per sviluppare strumenti software destinati a un tipo di computer quantistico che richiede meno hardware di una macchina completamente tollerante ai guasti. Il Department of Energy sostiene il lavoro con un finanziamento di 400.000 dollari, ha annunciato il 20 ottobre il College of Engineering and Computer Science della UCF. Del team di Niu fanno parte anche Di Wu ed Eduardo Mucciolo, che partecipano al progetto come ricercatori della UCF.
Il progetto esamina se una protezione parziale dagli errori possa bastare a eseguire simulazioni utili senza le esigenze di hardware e di tempo della piena tolleranza ai guasti. L’obiettivo è simulare gli elettroni nei materiali: il team userà questo problema per confrontare le architetture delle macchine e stimare le risorse necessarie per un calcolo. Lo scopo non è annunciare un risultato nella computazione quantistica, ma valutare se questo approccio possa eseguire la simulazione con precisione e rapidità sufficienti a renderla utile.
STAR protegge alcune operazioni, non tutte
Il team di Niu studierà l’architettura Space-Time Efficient Analog Rotation, nota come STAR. Questa architettura applica la correzione completa degli errori quantistici alle operazioni di base, mentre esegue direttamente le operazioni di rotazione usate intensamente come rotazioni analogiche, con una protezione solo parziale. Queste rotazioni sono centrali per le simulazioni a cui punta il progetto.
Questo compromesso potrebbe ridurre i qubit aggiuntivi e il tempo necessari per eseguire le rotazioni nelle architetture completamente tolleranti ai guasti. Le rotazioni analogiche, però, conservano un certo margine di errore e potrebbe essere necessario ripeterle finché non riescono. Il software deve quindi tenere conto di come queste operazioni vengono gestite e programmate; secondo la UCF, il compilatore e le stime dei costi saranno adattati a questo compromesso.
Il modello Fermi-Hubbard fornisce il benchmark
Il team userà il modello Fermi-Hubbard, un framework standard per studiare gli elettroni che interagiscono tra loro, per verificare se un computer parzialmente tollerante ai guasti possa simulare l’evoluzione degli elettroni nel tempo. Anche la correzione degli errori farà parte della verifica: il computer deve individuare e correggere i guasti, anche se i singoli qubit e le singole operazioni a volte falliscono.
Nell’approccio descritto dalla UCF, le informazioni sono distribuite su più qubit fisici, i controlli vengono ripetuti per rilevare gli errori e un decodificatore classico individua le correzioni. Il decodificatore è importante perché le simulazioni utili richiedono molte operazioni, offrendo agli errori ripetute occasioni di accumularsi. Il progetto di Niu esaminerà con quale rapidità e precisione il processo riesca a individuare gli errori, insieme alle risorse di calcolo che consuma.
Tre componenti software stimeranno le risorse necessarie
Entro la fine del progetto, il team punta a pubblicare un framework open source composto da tre parti: un compilatore per simulazioni quantistiche, un decodificatore basato su GPU e uno strumento per stimare le risorse. Il compilatore traduce una simulazione in operazioni quantistiche; il decodificatore elabora le informazioni sugli errori; lo strumento di stima calcolerà i qubit, il tempo, la potenza di calcolo classica e le operazioni necessari per una simulazione degli elettroni.
Secondo la UCF, il framework sarà modulare e consentirà ad altri ricercatori di integrare i propri metodi di compilazione o decodifica. Questa struttura permetterebbe di confrontare diverse scelte software nell’ambito della stessa valutazione, anziché considerare fisso un determinato compilatore o decodificatore. L’annuncio non indica una data di consegna né riporta risultati sulle prestazioni degli strumenti.
Per Niu il progetto è una valutazione, non una vittoria annunciata
Il framework è pensato per confrontare le simulazioni basate su STAR con i dispositivi rumorosi e non protetti di oggi e con le architetture completamente protette. Secondo Niu, questi confronti potrebbero aiutare i ricercatori a stabilire quali simulazioni siano realistiche e quali miglioramenti hardware contino di più. Il lavoro affronta anche la questione più ampia dell’utilità quantistica: se una macchina possa fornire calcoli scientificamente utili a un costo praticabile.
Niu descrive il risultato atteso come «una tabella di marcia e una valutazione», non come una dimostrazione garantita di vantaggio quantistico. La distinzione definisce il criterio di successo del progetto: se il compilatore, il decodificatore e lo strumento di stima riusciranno a chiarire le risorse necessarie per una specifica simulazione di materiali. Per ora, il risultato annunciato dalla UCF è un framework software open source progettato per quantificare tali requisiti.