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Annunciato al mondo il computer quantistico cinese Jiuzhang

Categorie La macchina di Turing

Dopo circa un anno dall’annuncio di Google sul raggiungimento della “supremazia” quantistica, anche la Cina informa di aver raggiunto questo importante obiettivo. Chiamato Jiuzhang come un antico testo matematico cinese, il nuovo computer quantistico può eseguire un calcolo che richiederebbe più di mezzo miliardo di anni su computer classico in soli 200 secondi. Questo è quanto riportato dai ricercatori Cinesi nello studio pubblicato su Science lo scorso 3 Dicembre. Ecco il computer quantistico cinese Jiuzhang

Si tratta di un risultato che aumenta l’interesse sui computer quantistici fotonici, che non hanno mai ricevuto la stessa attenzione di altre tecnologie. Infatti sebbene questi computer siano in grado di svolgere operazioni con velocità senza paragone, si tratta ancora di operazioni di poca utilità. Le operazioni di cui si parla riguardano calcoli che poco hanno a che vedere con le applicazioni utilizzate attualmente ma che in futuro daranno la spinta ad ambiti quali la sicurezza informatica e l’intelligenza artificiale.

Caratteristiche del computer quantistico Jiuzhang

Il computer quantistico Jiuzhang consiste in una complessa serie di dispositivi ottici che trasportano fotoni. Questi dispositivi includono sorgenti luminose, centinaia di divisori di fascio, dozzine di specchi e 100 rivelatori di fotoni. Il processo utilizzato è quello del campionamento dei bosoni attraverso cui si genera una distribuzione di numeri che è estremamente difficile da replicare per un computer classico.

Il processo parte con l’inviare i fotoni in una una rete di canali. Nel suo percorso ogni singolo fotone incontra una serie di divisori di raggio, nei quali invia il fotone lungo due percorsi simultaneamente, in quella che viene chiamata una sovrapposizione quantistica. Anche i percorsi si fondono insieme e la divisione e la fusione ripetute fanno sì che i fotoni interferiscano l’uno con l’altro secondo regole non deterministiche.

Il computer quantistico cinese Jiuzhang utilizza una tecnica di fotoni e canali per replicare quella che viene definita sovrapposizione quantistica
Credit: www.sciencenews.org. Il computer quantistico sviluppato in Cina utilizza una rete di canali e di fotoni che lo rendono unico nel suo genere.

Infine, il numero di fotoni in ciascuno dei canali di uscita della rete si misura alla fine. Utilizzando un gran numero di fotoni e canali, il computer quantistico produrrà una distribuzione di numeri impossibile da calcolare per un computer classico.

Una limitazione di Jiuzhang riguarda la possibilità di eseguire solo un singolo tipo di attività per volta, ovvero il campionamento del bosone. Al contrario, il computer quantistico di Google potrebbe essere programmato per eseguire una varietà di algoritmi come anche altri tipi di computer quantistici fotonici sono programmabili.

Dimostrare la supremazia quantistica con una tecnologia fino ad ora sconosciuta mette in risalto quanto rapidamente stia progredendo il calcolo quantistico.

Il computer quantistico

Come funziona dunque un computer quantistico? L’idea alla base del suo funzionamento riguarda una rivoluzione nella rappresentazione dell’informazione. Infatti nei computer quantistici non vengono utilizzati i classici bit 1/0 che rappresentano i due stati di acceso/spento. Dal nome si evince che i computer quantistici utilizzano i fenomeni di meccanica quantistica secondp i quali le particelle subatomiche possono presentarsi in molteplici stati in qualsiasi istante. In questo modo la quantità d’informazione da poter processare è di gran lunga superiore rispetto a quanto visto fino ad ora. L’unità informativa di base dei computer quantici è il qubit. Avendo a disposizione n qubit è possibile dunque codificare rappresentare 2^n input ogni istante. Per fare un esempio se un bit rappresenta l’unità informativa di base con due soli stati, il qubit rappresenta invece un’infinità di stati racchiusi tra zero, uno ed un certo valore di probabilità.

Rappresentazione tra i valori assunti da un bit e quelli possibili di un qubit.
Credit: blog.sintef.com. Il bit può assumere solo dua valori 0/1, per il qubit le possibilità sono pressochè infinite.

L’informazione non si considera più come deterministica ma come probabilistica. Questo risultato consente ad un computer quantistico di risolvere in pochi giorni, o addirittura poche ore, problemi complessi che ai computer di oggi richiederebbero miliardi di anni.

Attualmente la ricerca in ambito di meccanica quantistica si sta evolvendo sempre più. Fino ad ora, infatti, l’unico modo per rendere più efficienti le elaborazioni era inserire un numero sempre maggiore di transistor sulle schede integrate. Questo tipo di attività ha però un limite nella legge di Moore per cui la complessità di un microcircuito, misurata ad esempio tramite il numero di transistor per chip, raddoppia ogni 18 mesi (e quadruplica quindi ogni 3 anni). Il progresso di miniaturizzazione ha dovuto subire una battuta d’arresto fornendo impulso a questa nuova modalità di costruzione.

I limiti di questa tecnologia sono ancora molti, dal mantenimento della qualità dei fotoni alle difficoltà tecnologie legate al loro funzionamento in condizioni estreme. Si tratta di un ambito di ricerca ancora in fase di lancio che sicuramente riguarderà il nostro futuro. Non a caso le più grandi aziende legate all’ambito IT come Amazon, Google, Microsoft stanno investendo in questo settore. Non ci resta che attendere per scoprire quali saranno le future frontiere.

FONTI VERIFICATE

Quantum computational advantage using photons - Science

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