Computer quantistico: test eseguito, utilizzo nel mondo reale molto lontano - Luglio 2022

Nell'informatica classica, il calore cospira con il tempo per imporre vincoli al possibile. Nell'era dei tubi a vuoto, lunghi calcoli non potevano essere completati perché le apparecchiature si bruciavano.

Computer quantistico: test eseguito, utilizzo nel mondo reale molto lontanoA metà settembre, un documento di ricerca scritto da scienziati di 14 istituzioni e laboratori, guidati da Google AI Quantum a Mountain View, è apparso su un sito web della NASA. (Fonte: Googleblog)

Il governo non deve più agitarsi per ottenere l'accesso a comunicazioni sicure sui social media, perché il computer quantistico, il cui l'arrivo è stato appena reclamato , renderà ridondante la sicurezza crittografica.


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Cosa viene affermato e contestato

A metà settembre, un documento di ricerca scritto da scienziati di 14 istituzioni e laboratori, guidati da Google AI Quantum a Mountain View, è apparso su un sito Web della NASA ed è scomparso enigmaticamente, lasciando le comunità scientifiche e matematiche agitarsi irrequiete nella sua scia. La loro eccitazione non era ingiustificata, perché il giornale aveva affermatosupremazia quantistica— lo sviluppo di una macchina quantistica chiamata Sycamore che può risolvere problemi che i computer classici non possono, per ragioni pratiche.



Nell'informatica classica, il calore cospira con il tempo per imporre vincoli al possibile. Nell'era dei tubi a vuoto, lunghi calcoli non potevano essere completati perché le apparecchiature si bruciavano. I moderni circuiti integrati a semiconduttore generano anche calore, non abbastanza da bruciare, ma abbastanza da rallentare. Google afferma che Sycamore ha elaborato un problema in circa 200 secondi, il che avrebbe richiesto a un supercomputer di alto livello circa 10.000 anni. I risultati - nel documento che era svanito enigmaticamente - sono apparsi formalmente su Nature mercoledì, consolidando l'affermazione che una soglia nell'informatica, prevista da quando Paul Benioff, Richard Feynman e Yuri Manin hanno aperto la discussione negli anni '80, è stata superata.



Nel frattempo, i ricercatori dell'IBM hanno contestato la scoperta di Sycamore, sostenendo che il computer classico è rimasto indietro di 10.000 anni perché era configurato in modo inefficiente. Calciare le gomme e pulire i tappi, hanno sostenuto, colmerebbe il divario. La questione rimane in sospeso fino a quando IBM non replicherà il test di benchmark. Secondo il metodo della scienza, la questione rimane aperta fino a quando non pubblicherà i propri risultati.



Stati multipli

Da quando il primo ministro canadese Justin Trudeau ha espostoinformatica quantisticaa un burbero giornalista del Perimeter Institute of Theoretical Physics, non resta molto da spiegare. Basti dire che mentre le macchine classiche elaborano bit di informazione rappresentati dagli stati 0 e 1, che rappresentano on e off, le macchine quantistiche manipolano qubit o bit quantistici. Hanno due proprietà che possono elaborare dati di ordini di grandezza superiori: sovrapposizione e entanglement.

Sebbene la natura dei mondi quantici e grossolani sia fondamentalmente diversa, questi possono essere illustrati dall'analogia del gatto di Schrödinger, un animale sfortunato intrappolato in una scatola con qualcosa di potenzialmente letale, come una bomboletta di gas tossico. Nel mondo grossolano, assumiamo che il gatto sia vivo fino a quando non viene rilasciato il gas, dopodiché è morto. Ma a livello quantistico, i fenomeni collassano in uno stato solo quando vengono osservati. In tutti gli altri momenti, esistono in tutti gli stati possibili. Il gatto si vede morto o vivo solo quando l'osservatore apre la scatola. In tutti gli altri momenti, è sia morto che vivo, in uno stato di sovrapposizione. Inoltre, se il gatto può far scattare accidentalmente il gas, il suo stato e quello della bombola sono indissolubilmente legati.

Questo è l'entanglement, che Einstein chiamava azione spettrale a distanza. Due particelle subatomiche entangled potrebbero essere distanti anni luce e tuttavia essere collegate. I computer quantistici utilizzano queste due proprietà per raggiungere velocità e spazi computazionali che sconfiggono una macchina classica, codificando i dati in stati quantistici ed eseguendo operazioni quantistiche su di essi.



Spiegazione: cosSundar Pichai con uno dei computer quantistici di Google nel laboratorio di Santa Barbara, California, USA. (Foto via Reuters)

Miglia da percorrere

Cosa significa per te e per me l'arrivo dell'informatica quantistica? Non tanto. Non subito. Perché Sycamore ha eseguito solo un test di benchmark che non ha alcun uso nel mondo reale e Google non può implementarlo per ottenere il dominio del mondo la prossima settimana. Anche se ha dimostrato la supremazia quantistica, potrebbero volerci anni o decenni prima che la tecnologia sia liberamente disponibile.

I qubit sono stabili solo a temperature criogeniche e solo i governi e le grandi aziende possono sperare di tenere un computer quantistico in loco. Il resto di noi dovrebbe dipendere dal cloud computing e dal software come servizio. Non è il rig più brillante se aspiri a hackerare la luce del giorno vivente da Gmail, ad esempio.

Ma inizialmente, i governi e le aziende sarebbero gli unici utenti dell'informatica quantistica, perché solo loro sono interessati alle domande a cui risponde. Il computer quantistico è stato proposto da Feynman per modellare i sistemi quantistici. Ora troverà impiego nei laboratori per modellare sistemi che esistono nel mondo reale solo in condizioni estreme, come nel Large Hadron Collider.



Computer quantistico: test eseguito, utilizzo nel mondo reale molto lontanoUn componente del Quantum Computer di Google nel laboratorio di Santa Barbara, California, USA. (Foto via Reuters)

I laboratori sarebbero in grado di produrre lavori all'avanguardia senza dover investire in infrastrutture su larga scala e potrebbero non dover collaborare tra nazioni e continenti. I computer quantistici sarebbero utili anche per compiti che gestiscono enormi quantità di dati. Il data mining e l'intelligenza artificiale sarebbero i principali beneficiari, insieme alle scienze che si occupano di volumi di dati, dall'astronomia alla linguistica.

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Il lato oscuro

Il lato oscuro dell'informatica quantistica è l'effetto dirompente che avrà sulla crittografia crittografica, che protegge le comunicazioni e i computer. La crittografia dipende da numeri primi molto grandi, che fungono da semi da cui le chiavi crittografiche vengono generate e scambiate dalle parti di una conversazione. Funziona perché la crittografia e la decrittografia sono asimmetriche dal punto di vista operativo. È più facile per un computer moltiplicare numeri primi molto grandi che scomporre un prodotto in fattori primi che lo costituiscono. Questo differenziale mantiene privati ​​i tuoi messaggi WhatsApp, ma se le probabilità fossero pareggiate da computer esponenzialmente potenti, la privacy online sarebbe morta.

La tecnologia non è sempre la soluzione. Spesso crea nuovi problemi e la soluzione sta nella legge. Molto tempo dopo la nascita dei social media e dell'intelligenza artificiale, ora ci sono richieste per regolamentarli. Sarebbe prudente sviluppare un quadro normativo per l'informatica quantistica prima che diventi ampiamente disponibile. È una tecnologia trasformativa i cui usi futuri, in un ampio spettro di settori, dall'analisi dei dati alla geopolitica, non possono essere completamente previsti. In questo senso, è un po' come la tecnologia nucleare, che è stata regolata da un regime globale 23 anni dopo Hiroshima dal Trattato di non proliferazione. Sarebbe utile regolamentare ora l'informatica quantistica, o almeno definire i limiti del suo legittimo utilizzo.