Cameron Merritt
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Google ha appena fatto un salto di qualità nell'informatica. Utilizzando il computer quantistico all'avanguardia dell'azienda, chiamato Sycamore, Google ha rivendicato la "supremazia quantistica" sui supercomputer più potenti del mondo risolvendo un problema considerato praticamente impossibile per le macchine normali.
Il computer quantistico ha completato il complesso calcolo in 200 secondi. Lo stesso calcolo richiederebbe anche ai supercomputer più potenti circa 10.000 anni per finire, ha scritto il team di ricercatori, guidato da John Martinis, un fisico sperimentale dell'Università della California, a Santa Barbara, nel loro studio pubblicato mercoledì (23 ottobre) in la rivista Nature.
"È probabile che il tempo di simulazione classica, attualmente stimato in 10.000 anni, sarà ridotto da hardware e algoritmi classici migliorati", ha detto in una nota Brooks Foxen, uno studente laureato ricercatore nel laboratorio di Martinis. "Ma dal momento che attualmente siamo 1.5 trilioni di volte più veloci, ci sentiamo a nostro agio nel rivendicare questo risultato", ha aggiunto, riferendosi alla supremazia dei computer quantistici.
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I computer quantistici sfruttano la stravagante fisica della meccanica quantistica per risolvere problemi che sarebbero estremamente difficili, se non impossibili, da risolvere per i computer classici basati su semiconduttori.
Il calcolo che Google ha scelto di conquistare è l'equivalente quantistico della generazione di un elenco molto lungo di numeri casuali e del controllo dei loro valori un milione di volte. Il risultato è una soluzione non particolarmente utile al di fuori del mondo della meccanica quantistica, ma ha grosse implicazioni per la potenza di elaborazione di un dispositivo.
Forza nell'incertezza
I computer ordinari eseguono calcoli utilizzando "bit" di informazioni che, come gli interruttori di accensione e spegnimento, possono esistere solo in due stati: 1 o 0. I computer quantistici utilizzano bit quantistici o "qubit", che possono esistere come entrambi 1 e 0 contemporaneamente. Questa bizzarra conseguenza della meccanica quantistica è chiamata stato di sovrapposizione ed è la chiave del vantaggio del computer quantistico rispetto ai computer classici.
Ad esempio, una coppia di bit può memorizzare solo una delle quattro possibili combinazioni di stati (00, 01, 10 o 11) in un dato momento. Una coppia di qubit può memorizzare tutte e quattro le combinazioni contemporaneamente, perché ogni qubit rappresenta entrambi i valori (0 e 1) allo stesso tempo. Se aggiungi più qubit, la potenza del tuo computer aumenta in modo esponenziale. Tre qubit memorizzano otto combinazioni, quattro qubit memorizzano 16 e così via. Il nuovo computer di Google con 53 qubit può memorizzare 253 valori o più di 10.000.000.000.000.000 (10 quadrilioni) di combinazioni. Questo numero diventa ancora più impressionante quando un'altra proprietà fondamentale e altrettanto bizzarra della meccanica quantistica entra in scena: gli stati entangled.
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In un fenomeno descritto da Albert Einstein come "azione spettrale a distanza", le particelle che hanno interagito a un certo punto nel tempo possono rimanere intrappolate. Ciò significa che misurare lo stato di una particella consente di conoscere contemporaneamente lo stato dell'altra, indipendentemente dalla distanza tra le particelle. Se i qubit di un computer quantistico sono impigliati, possono essere misurati tutti contemporaneamente.
Il computer quantistico di Google è costituito da circuiti microscopici di metallo superconduttore che intrappolano 53 qubit in un complesso stato di sovrapposizione. I qubit entangled generano un numero casuale compreso tra zero e 253, ma a causa dell'interferenza quantistica, alcuni numeri casuali vengono visualizzati più di altri. Quando il computer misura questi numeri casuali milioni di volte, uno schema deriva dalla loro distribuzione irregolare.
"Per i computer classici, è molto più difficile calcolare il risultato di queste operazioni, perché richiede il calcolo della probabilità di trovarsi in uno qualsiasi dei 253 stati possibili, dove 53 proviene dal numero di qubit - il ridimensionamento esponenziale [di afferma] è il motivo per cui le persone sono interessate al calcolo quantistico ", ha detto Foxen.
Sfruttando le strane proprietà dell'entanglement quantistico e della sovrapposizione, il laboratorio di Martinis ha prodotto questo modello di distribuzione utilizzando il chip Sycamore in 200 secondi.
Sulla carta, è facile mostrare perché un computer quantistico potrebbe superare i computer tradizionali. Dimostrare il compito nel mondo reale è un'altra storia. Mentre i computer classici possono impilare milioni di bit operativi nei loro processori, i computer quantistici fanno fatica a scalare il numero di qubit con cui possono operare. I qubit aggrovigliati si districano dopo brevi periodi e sono suscettibili a rumore ed errori.
Sebbene questo risultato di Google sia certamente un'impresa nel mondo dell'informatica quantistica, il campo è ancora agli inizi e i computer quantistici pratici rimangono lontani all'orizzonte, hanno detto i ricercatori.
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