Il chip D‑Wave è davvero robusto? Scopriamo la Chimera!

Un gruppo di ricercatori ha studiato come i qubit del processore D‑Wave 2000Q, basato sulla topologia Chimera, si comportano quando la loro connettività e le forze di accoppiamento variano. Hanno simulato reti di fino a 32 qubit, con lunghezze di collegamento che differiscono di quasi un ordine di grandezza. I risultati mostrano che, sebbene la velocità di trasferimento delle informazioni cambi a seconda delle interazioni fisiche, i gruppi di qubit (i cosiddetti cluster) rimangono quasi invariati e mantengono fedeltà simili. Questo indica che la Chimera è intrinsecamente resistente a perturbazioni dovute a lunghezze di accoppiamento diverse. Analisi su dati reali del chip D‑Wave confermano lo stesso schema di clustering, suggerendo che gli effetti indesiderati legati alla distanza dei collegamenti sono quasi inesistenti. La ragione potrebbe essere l’assenza delle interazioni più dannose o una calibrazione accurata delle linee di controllo, che annulla l’influenza della lunghezza fisica. Inoltre, lo studio è utile per chi usa il “chaining”, cioè la creazione di qubit logici concatenando più qubit fisici: anche con catene molto forti, le perturbazioni indesiderate rimangono limitate, ma è importante tenere conto di possibili differenze di fedeltà tra i vari qubit durante l’esecuzione di un algoritmo.

La topologia Chimera del D‑Wave 2000Q è costituita da unità di 8 qubit organizzate in una griglia 4×4, dove ogni qubit è connesso a quattro vicini nella stessa unità e a due qubit della cella adiacente. Questa struttura ibrida combina connessioni locali dense con collegamenti più lunghi, creando una rete di accoppiamenti eterogenei. Nel modello usato dagli autori, i termini di Hamiltoniano di Ising H = Σ_i h_i σ_i^z + Σ_{i<j} J_{ij} σ_i^z σ_j^z includono coefficienti di accoppiamento J_{ij} che dipendono dalla distanza fisica dei qubit. Variazioni di J_{ij} di quasi un decimo di ordine di grandezza sono state introdotte per simulare effetti di “crosstalk” e di imperfezioni di fabbricazione. Nonostante queste variazioni, le simulazioni mostrano che le funzioni di correlazione a due punti rimangono quasi invarianti, indicando che i cluster di correlazione emergono come proprietà topologica più che come risultato di valori specifici di J_{ij}. Inoltre, l’analisi dei gap energetici durante l’annealing suggerisce che le transizioni di fase quantistiche sono poco sensibili a piccole disomogeneità di accoppiamento, grazie a un “gap di protezione” fornito dalla struttura a blocchi della Chimera. Per il chaining, la forza di legame intra‑catena è stata impostata molto alta (|J|≈1), ma le simulazioni hanno rivelato che la fidelità globale dipende ancora dalla distribuzione di errori di bias locale h_i. Questo implica che, sebbene le catene siano robuste, la calibrazione dei bias rimane cruciale per mantenere l’uniformità delle dinamiche quantistiche durante l’esecuzione di algoritmi di ottimizzazione.