Categorie
Tecnologia

I computer quantistici non sostituiranno quelli normali

Author: Wired

Nonostante ciò sia teoricamente possibile, passare dalla definizione astratta al mondo fisico si sta dimostrando straordinariamente difficile. Costruire computer quantistici che risolvano problemi di valore commerciale richiede uno sforzo tecnologico immenso. Dopodiché, anche in presenza, un giorno, di un processore quantistico con un’elevatissima tolleranza agli errori, dubito che lo utilizzeremo per fogli di calcolo, proprio come non usiamo un supercomputer per tenere in memoria la lista della spesa. Con buona probabilità, non avremo bisogno di abbandonare JavaScript o Html/Css o Python, così come non ci recheremo al lavoro al mattino e accenderemo il nostro computer quantistico. Forse non lo useremo mai per carichi di lavoro di produzione non legati alla ricerca e sviluppo. Per questo vale la pena approfondire la metodologia utilizzata da Velu e Putra, perché questi 13.000 dollari devono pur venire da qualche parte.

Come li utilizzeremo?

Coloro che operano nella ricerca universitaria e gli operatori industriali saranno tra i primi a beneficiare di questa tecnologia. Nella comunità scientifica si manifesta un ampio consenso sull’ipotesi che le prime applicazioni si concentreranno sulla simulazione di sistemi fisici complessi, come la fisica delle particelle o la materia condensata, i modelli Fermi-Hubbard e il gas di elettroni liberi, per citare alcuni esempi. Non va dimenticato che le applicazioni di base richiedono centinaia di migliaia di qubit, e quelle davvero importanti arrivano a milioni e milioni di qubit. Visualizzare un computer quantistico come un supercomputer di grandi dimensioni localizzato in un centro dati costruito ad hoc, accessibile attraverso il cloud è sicuramente corretto, anche se l’analogia più appropriata per un computer quantistico è quella con un telescopio, e non con un calcolatore. Il telescopio non sostituisce il microscopio, la lente d’ingrandimento o l’occhio nudo. È uno strumento che può essere utilizzato per scrutare profondamente nel cielo.

Il computer quantistico è uno strumento che potrebbe essere (principalmente) utilizzato per risolvere problemi nella fisica quantistica. Qual è il valore generato da un telescopio? La curva di apprendimento associata all’introduzione dei telescopi potrebbe comportare perdite economiche? Quindi, quante persone avranno effettivamente bisogno di imparare a usare i computer quantistici là fuori? Se facciamo una valutazione su un intervallo di 10-15 anni, è concepibile che il collo di bottiglia non sia l’adozione o l’acquisizione di nuove competenze, ma l’immaturità della tecnologia stessa.

Molto lavoro dovrà essere dedicato ad adattare i problemi presi in analisi dall’hardware quantistico. In modo quasi ironico, i computer quantistici non avrebbero dovuto essere chiamati computer affatto, ma “generatori di correlazioni arbitrarie tra molte parti”. Inoltre, la digitalizzazione in termini di porte logiche e circuiti non segue un percorso esattamente naturale. Tuttavia, rappresenta il modello mentale di un dispositivo computazionale con cui siamo più familiari. Per concludere, la costruzione e lo sviluppo di computer quantistici è una bella maratona. Sicuramente ci saranno persone in grado di studiarne la capacità e proporre problemi da risolvere in modo vantaggioso – per risparmiare tempo, memoria, e forse energia. Quali sono questi problemi, è ancora poco chiaro, ma probabilmente si evolveranno insieme all’hardware man mano che questo verrà costruito. In fondo, la stessa co-evoluzione si è verificata storicamente per i computer tradizionali.

Categorie
Tecnologia

Reti quantistiche: circuiti fotonici a base di diamanti per quelle del futuro

Author: Wired

I processori e le reti quantistiche del futuro, forse, potranno essere fatti di diamante. Una sostanza che, oltre alla nota durezza da record, possiede anche altre proprietà che la rendono particolarmente interessante per la realizzazione di circuiti fotonici, il che apre la strada a nuovi e migliori sistemi di calcolo quantistico. A dimostrarlo uno studio appena pubblicato sulla rivista Acs Photonics da parte di un’équipe di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) e dell’Università di Ulm in Germania: gli scienziati sono riusciti a sviluppare un metodo di fabbricazione innovativo e ibrido per realizzare circuiti fotonici utilizzando il diamante: un passo essenziale, dicono, per sviluppare bit quantistici, o qubit, l’unità di informazione essenziale di un processore quantistico. 

Perché i diamanti

“Nel diamante – spiega Shane Eaton, ricercatore del Cnr-Ifn e co-autore del lavoro – sono presenti, e possono essere opportunamente ingegnerizzati, dei difetti reticolari in grado di essere utilizzati come qubit. Si tratta dei cosiddetti centri di colore, posizioni reticolari dove è presente un’impurezza e manda un atomo di carbonio, e nei quali è possibile codificare, controllare e manipolare l’informazione quantistica sotto forma di qubit. Tale particolare morfologia, e la presenza di questi difetti, rende il diamante un candidato promettente per le tecnologie quantistiche”

Per riuscire a “scrivere” sul diamante, trasformando le sue impurità in bit quantistici, gli scienziati si sono serviti di un laser a femtosecondi, in grado di emettere impulsi di luce brevissimi e molto ravvicinati (un femtosecondo corrisponde a un milionesimo di miliardesimo di secondo), che colpendo il diamante vi creano delle connessioni fotoniche, i “mattoncini” fondamentali al calcolo quantistico: la fattibilità della cosa era già stata dimostrata in uno studio precedente, condotto dallo steso gruppo nel 2016 e pubblicato sulla rivista Nature Scientific Reports. Ora, però, hanno fatto un passo avanti: “Un altro ingrediente fondamentale – continua Eaton – è quello di realizzare i qubit: con questa nuova tecnica abbiamo sviluppato un chip integrato in diamante, in grado di ingegnerizzare la luce a livello dei singoli fotoni”.

Uno step ulteriore

Ora è il momento di passare alla fase successiva, ossia di inserire questi chip in un circuito tridimensionale. Quando i ricercatori ci riusciranno potremo dire di essere davvero più vicini all’implementazione di questa tecnologia in un computer quantistico: “Il prossimo passo – conclude lo scienziato – sarà quello di fabbricare un circuito fotonico tridimensionale per rendere possibili sistemi per il calcolo quantistico di prossima generazione in diamante, tali da consentire l’elaborazione di una quantità notevole di dati contemporaneamente e con estrema velocità”. Da utilizzare, per esempio, per risolvere sempre più rapidamente problemi complessi o per mettere a punto canali di comunicazione sicuri per trasferire informazioni criptate, una delle più promettenti peculiarità delle reti quantistiche.