La guerra dei computer quantisticiComputer quantistico, è guerra aperta tra i big. Che se le suonano a colpi di qubit. Appena pochi mesi fa Google aveva annunciato di essere passata alla fase di test di un processore quantistico a 20 qubit e di essere pronta a lanciarne uno ancora più potente, a 49 qubit, entro la fine dell’anno, sbandierando ai quattro venti la propria quantum supremacy. Oggi, Ibm sembra aver messo la freccia: un’équipe di fisici e ingegneri del colosso dell’informatica (tra cui figura anche un italiano, Giacomo Nannicini) ha infatti pubblicato sul server di pre-print ArXiv un articolo dal titolo significativo, “Rompere la barriera dei 49 qubit nella simulazione di circuiti quantistici”, in cui raccontano di aver sviluppato un algoritmo in grado di simulare computer quantistici a 56 qubit. Un sorpasso, si badi bene, che però al momento è solo teorico, dal momento che l’algoritmo descritto nel paper è relativo, per l’appunto, alla simulazione di un processore quantistico in un computer tradizionale e non alla realizzazione di un vero computer quantistico.Confusi? Effettivamente, ci sono tutte le ragioni per esserlo. Proviamo a mettere un po’ d’ordine, raccontando la storia dall’inizio con l’aiuto di un esperto. Partendo proprio dalla definizione di computer quantistico: “I processori tradizionali”, ci spiega Tommaso Calarco, direttore del Centre for Integrated Quantum Science and Technology alle Universities of Ulm and Stuttgart, “ammettono solo due stati, lo zero e l’uno, legati al passaggio o al non-passaggio di corrente, cioè di un flusso di elettroni”. In sostanza, nei computer che abbiamo sulla scrivania e negli smartphone che portiamo in tasca, le informazioni – ossia i bit – sono codificati dal passaggio di grandi quantità di particelle. “Nei processori quantistici, invece, ogni elettrone, singolarmente, trasporta un’informazione, il che amplifica enormemente la potenza di calcolo”. Le leggi della meccanica quantistica, infatti, postulano (tra le altre cose) che ogni particella sia soggetta al cosiddetto principio di sovrapposizione, ossia si trovi contemporaneamente in più stati diversi. “Il principio di sovrapposizione”, continua Calarco, che tra l’altro è primo firmatario del Quantum Manifesto, una call per promuovere l’impegno dell’Unione Europea nell’ambito della ricerca sull’informatica quantistica, “consente di superare il dualismo acceso/spento e di veicolare molta più informazione: una particella quantistica può rappresentare contemporaneamente più stati”. Un’entità che è stata chiamata, per l’appunto, qubit, abbreviazione per quantum bit, e che permette di parallelizzare i calcoli, cioè di svolgere molte, moltissime operazioni contemporaneamente.Il problema è che, al momento, sappiamo ancora troppo poco di come funzioni realmente un processore di questo tipo. “Ancora non conosciamo i principi generali di un processore quantistico”, spiega ancora Calarco, “e non sappiamo bene quali classi di problemi siano adatti a risolvere. Siamo riusciti a mettere a punto solo alcune procedure ad hoc, molto specifiche, che i primi prototipi riescono a risolvere con successo. Ma ci manca una visione d’insieme”. I problemi, oltre che algoritmici, sono anche di hardware: non è affatto facile, infatti, mettere a punto controllare a proprio piacimento un sistema quantistico, sempre in virtù delle bizzarre leggi che regolano l’infinitamente piccolo, secondo le quali una minima perturbazione del sistema – per esempio la misura dello stato di una particella – ne distrugge la sovrapposizione.Tanto per dare un’idea della complessità del problema, basti pensare che è difficile anche solo capire se un computer è realmente quantistico o meno. È successo, per esempio, a D-Wave, il dispositivo di Google pubblicizzato e venduto come “il primo computer quantistico commerciale al mondo”, che però nel 2014 non ha mostrato di avere le caratteristiche, in termini di velocità di risoluzione di problemi computazionali, che un processore quantistico, almeno in linea di principio, dovrebbe avere.È proprio questo il motivo per il quale gli scienziati si stanno cimentando con le simulazioni di cui si parlava all’inizio: “Nell’attesa di comprendere appieno il funzionamento e le potenzialità di un vero computer quantistico, e di capire bene come produrlo”, dice Calarco, “stiamo provando a simularlo all’interno di un computer tradizionale”. Proprio quello che hanno fatto gli esperti di Ibm, che nell’ultimo lavoro sono riusciti a spingersi fino a 56 qubit, superando i 49 promessi da Google. Riuscirci non è stato semplice, perché la simulazione di qubit in un computer tradizionale richiede un’enorme potenza di calcolo. Il record, prima di oggi, era detenuto dallo Swiss Federal Institute of Technology di Zurigo, che aveva simulato 45 qubit su un processore con 500 terabyte di memoria. “Il problema di queste simulazioni”, continua Calarco, “è che la complessità cresce in modo esponenziale: aumentare di un qubit comporta raddoppiare la memoria del processore usato per le simulazioni”. Sviluppando un set di strumenti matematici ad hoc, gli scienziati di Ibm sono riusciti però a ridurre la complessità del problema, mostrando che è possibile simulare 56 qubit con soli 4.5 terabyte di memoria. “Lo stato di un computer quantistico con n qubit è rappresentato da 2^n numeri complessi. Per tenere in memoria 2^49 numeri complessi sono necessari circa 4.5 petabyte di Ram, e al momento pochissimi supercomputer al mondo hanno tale capacità di memoria. Per questo, finora, una simulazione del genere era ritenuta impossibile”, ci spiega Nannicini, uno degli autori del lavoro. “Tuttavia, usando metodi di calcolo più sofisticati, che decompongono la simulazione in parti più piccole, ciascuna delle quali occupa una quantità moderata di memoria, il mio gruppo di ricerca è riuscito a simulare non solo un circuito quantistico con 49 qubit, ma anche uno con 56 qubit. Intuitivamente, invece di tenere in memoria l’intero stato del computer quantistico, lo stato viene diviso in sezioni più facili da gestire, che poi vengono ricombinate solo alla fine per ottenere il risultato della simulazione”.The post La guerra dei computer quantistici appeared first on Wired.Credits: WIREDCondividi su: Facebook Twitter Google+ Linkedin Whatsapp Telegram Email