Il Santo Graal del computing quantistico

Gli scienziati dell’Università britannica di Sussex affermano di aver prodotto il primo in assoluto progetto tecnico per un computer quantistico su larga scala. Fino ad ora i computer quantistici hanno avuto solo una frazione della potenza di elaborazione che sono teoricamente in grado di produrre. Ora, un team internazionale di ricercatori crede di aver finalmente superato i principali problemi tecnici che hanno impedito la costruzione di macchine più potenti.

Introduzione

I ricercatori hanno svelato quello che rappresenta il primo progetto concreto per il 'Santo Graal' del computing quantistico. Il computer più potente al mondo è pronto ad essere realizzato, costo circa 100 milioni di euro nel giro di 10 anni potrebbe rappresentare una svolta tecnologica di notevole spessore. Il computer quantistico potrebbe rivoluzionare l'industria, rappresentando, di fatto, una nuova rivoluzione industriale per affrontare complessi problemi di calcolo, i quali richiederebbero miliardi di anni per essere risolti da un normale computer. La base dei computer quantistici sono i qubit (al seguente link un approfondimento), ovvero delle unità di base digitali che possono assumere diversi valori contemporaneamente, memorizzando quindi più dati e processandoli molto più velocemente di un normale computer dove l'unità base è il bit (Video 1).

Atomi caricati elettricamente viaggeranno da un modulo ad un altro attraverso campi elettrici, con l'obiettivo di elaborare dati nel minor tempo possibile.

Questi qubit si affidano alla proprietà quantistica della sovrapposizione di stati, in grado di eseguire molti calcoli con un'accelerazione esponenziale della capacità di calcolo legata proporzionalmente ai qubit della macchina.

Video 1:  i ricercatori dell'Università Sussex

Il progetto

La nuova invenzione introduce connessioni create dai campi elettrici che permettono agli atomi caricati (ioni) di essere trasportati da un modulo all'altro. Questo nuovo approccio permette velocità di connessione 100.000 volte più efficiente rispetto alla tecnologia attuale di collegamento in fibra. In precedenza, infatti, gli scienziati avevano proposto di utilizzare le connessioni in fibra ottica per collegare moduli informatici individuali. I modelli si basano su una nuova invenzione di bit quantistici reali da trasmettere tra singoli moduli per ottenere una macchina completamente modulare a larga scala in grado di raggiungere potenze di elaborazione computazionali praticamente arbitrari (figura 1).

Figura 1: modulo 3D di quantum computing

Lo sforzo successivo sarà quello di sviluppare tecnologie quantistiche che si avvalgono di questa invenzione, al fine di sostituire miliardi di raggi laser necessari per le operazioni di calcolo all'interno di un computer con la semplice applicazione di tensioni ad un microchip. Ci sono diversi approcci per la computazione quantistica, tutti molto complessi. Il progetto Sussex utilizza la tecnologia "microwave trapped ion". I dati quantistici (qubit) sono codificati in ioni e tenuti in posizione da alcuni magneti.

L'intero dispositivo è immerso nella radiazione di microonde, che può essere regolata a differenti frequenze per cambiare lo stato degli ioni e quindi elaborare i dati memorizzati. Un grande computer quantistico è costruito da moduli più piccoli, con campi elettrici che guidano gli ioni tra i moduli.

Il progetto del team Sussex è dotato di un design innovativo che permette ai qubit di essere effettivamente trasmessi tra singoli moduli di calcolo quantistico. Questi moduli, invece di essere collegati tramite fibra ottica, si basano su connessioni generate da campi elettrici, creando così una macchina che è in grado di raggiungere incredibilmente alti livelli di potenza di elaborazione. I moduli di controllo di tutte le operazioni come unità stand-alone, sono costruiti utilizzando tecniche di microfabbricazione di silicio e sono alla portata della tecnologia attuale (figura 2).

Figura 2: illustrazione schematica di un modulo quantum [Fonte: Blueprint for a microwave trapped ion quantum computer - Science Advances  01 Feb 2017]

Quantum computing

Le principali aziende del computing come Google e Microsoft stanno investendo in questo campo, con una serie di progetti e ambizioni nei loro laboratori e nelle varie start-up in atto presso alcuni laboratori di ricerca universitari. Nel 2014 Google ha iniziato a lavorare ad un progetto quantistico sfruttando i principi della superconduttività. Inoltre, Google sta collaborando anche con la NASA per testare il sistema D-Wave, ovvero un computer quantistico con processore a 512 qubit mantenuto a temperature di 2-3 K.

Conclusioni e considerazioni

I computer quantistici operano ad un livello diverso rispetto ai normali computer di oggi, dovuto principalmente al modo in cui elaborano e codificano le informazioni. I normali computer utilizzano bit (0 e 1) per rappresentare i dati. I computer quantistici, invece, si basano su bit quantistici (o qubit) che potrebbero essere 0 o 1 allo stesso tempo. Ciò è dovuto ad uno "strano" fenomeno quantistico chiamato "sovrapposizione" che permette ai computer quantistici di gestire processi computazionali. Questo è un enorme passo per rendere i computer quantistici più universalmente accessibili. La disponibilità di un computer quantistico universale può avere un impatto fondamentale su un vasto numero di campi di ricerca e sulla società nel suo complesso. Una sempre più vasta comunità scientifica e industriale sta lavorando verso la realizzazione di un tale dispositivo e un arbitrariamente grande computer quantistico può essere meglio costruito utilizzando un approccio modulare. E' arrivato il momento di tradurre in pratica e a larga scala l'eccellenza accademica di questa nuova idea di computing, affinchè possa essere veramente il Santo Graal dell'ingegneria con la realizzazione di efficienti computer quantistici.

 

 

 

 

2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 22 febbraio 2017
  2. Alessandro Morgia Alessandro Morgia 24 febbraio 2017

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