Google ha appena fatto un salto di qualità nell'informatica. Utilizzando il computer quantistico all'avanguardia dell'azienda, chiamato Sicomoro, Google ha rivendicato la "supremazia quantistica" sui supercomputer più potenti al mondo risolvendo un problema ritenuto praticamente impossibile per le macchine normali.
Il computer quantistico ha completato il complesso calcolo in 200 secondi. Lo stesso calcolo richiederebbe che i supercomputer più potenti impiegassero circa 10.000 anni per finire, il team di ricercatori, guidato da John Martinis, un fisico sperimentale dell'Università della California, Santa Barbara, ha scritto 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 dichiarato Brooks Foxen, uno studente ricercatore laureato nel laboratorio di Martinis. "Ma poiché 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.
I computer quantistici sfruttano la fisica bizzarra della meccanica quantistica per risolvere problemi che sarebbero estremamente difficili, se non impossibili, per i computer classici basati su semiconduttori da risolvere.
Il calcolo che Google ha scelto di conquistare è l'equivalente quantico 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 grandi 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 on / off, possono esistere solo in due stati: 1 o 0. I computer quantistici usano bit quantici o "qubit", che possono esistere sia come 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 qualsiasi momento. Una coppia di qubit può memorizzare tutte e quattro le combinazioni contemporaneamente, poiché ogni qubit rappresenta entrambi i valori (0 e 1) contemporaneamente. Se aggiungi più qubit, la potenza del tuo computer aumenta esponenzialmente. 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) combinazioni. Questo numero diventa ancora più impressionante quando un'altra proprietà fondamentale e altrettanto bizzarra della meccanica quantistica entra nello spettacolo: gli stati intrecciati.
In un fenomeno descritto da Albert Einstein come "azione spettrale a distanza", le particelle che hanno interagito ad un certo punto nel tempo possono impigliarsi. Ciò significa che la misurazione dello 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 intrecciati, possono essere tutti misurati 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 intrecciati generano un numero casuale compreso tra zero e 253, ma a causa dell'interferenza quantistica, alcuni numeri casuali si presentano 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 di calcolare la probabilità di trovarsi in uno dei 253 stati possibili, in cui i 53 provengono dal numero di qubit - il ridimensionamento esponenziale è il motivo per cui le persone sono interessate al calcolo quantico per cominciare ", ha detto Foxen.
Sfruttando le strane proprietà dell'entanglement quantico e della sovrapposizione, il laboratorio di Martinis ha prodotto questo schema di distribuzione usando 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 hanno difficoltà a scalare il numero di qubit con cui possono operare. I qubit aggrovigliati si districano dopo brevi periodi e sono sensibili al rumore e agli 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 all'orizzonte, i ricercatori hanno detto.
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