Raggiunta la "Supremazia Quantistica" da Google e NASA

(Credit NASA Ames)

NEWS SPAZIO :- Questo è un post un po' particolare, parliamo infatti di un argomento molto di frontiera. La notizia è quella del raggiungimento di un importante step tecnologico, da parte di Google in partnership con la NASA e l'Oak Ridge National Laboratory.

L'argomento è il calcolo quantistico, perché è stata dimostrata l'abilità di calcolare in pochi secondi con un computer quantistico ciò che richiederebbe migliaia di anni anche ai supercomputer più grandi e avanzati, raggiungendo un traguardo noto come supremazia quantistica (Quantum Supremacy).

Eugene Tu (NASA center director, Ames Research Center, California Silicon Valley): "L'informatica quantistica è ancora agli inizi, ma questo traguardo trasformativo ci fa procedere in avanti. Le nostre missioni nei decenni a venire sulla Luna, su Marte e oltre sono tutte alimentate da innovazioni come questa".

Il calcolo quantistico è lo studio di come sfruttare le proprietà uniche della meccanica quantistica per risolvere alcuni tipi di problemi molto più velocemente rispetto ai computer tradizionali.

Potenzialmente, la NASA potrebbe un giorno usare queste tecniche per supportare le missioni spaziali, con l'ottimizzazione quantistica che rende la schedulazione delle missioni più efficienti e la simulazione quantistica che supporta la progettazione di materiali leggeri e robusti per i moderni veicoli spaziali, solo per citare alcune applicazioni. Siamo solamente agli inizi ed il traguardo di oggi è un primo passo importante verso quel futuro.

Eleanor Rieffel (Quantum Artificial Intelligence Laboratory Lead al centro NASA Ames), co-autore di una pubblicazione scientifica sulla ricerca pubblicata oggi su Nature: "Raggiungere la supremazia quantistica significa che siamo stati in grado di fare una cosa più velocemente, non tutto più velocemente. Ed anche se tale cosa non è molto utile, il fatto che sia stata fatta è rivoluzionario".

L'articolo scientifico descrive gli esperimenti effettuati dal processore quantistico Sycamore di Google per dimostrare la supremazia quantistica. I calcoli su un computer quantistico sono chiamati "circuiti quantistici", i quali funzionano come i programmi dei computer tradizionali, specificando una serie di operazioni che devono essere eseguite dal processore quantistico.

Il test in sé prevedeva l'esecuzione di circuiti quantistici casuali sia su processori quantistici che su supercomputer tradizionali.

Ottenere risultati da un circuito quantistico casuale è difficile senza un processore quantistico e la teoria suggerisce che ciò potrebbe essere impossibile per compiti oltre una certa complessità, anche sul più grande supercomputer immaginabile (ci sarebbe bisogno di un numero di unità di dati maggiore rispetto a tutti gli atomi nell'universo). È la cosa più vicina possibile ad un compito impossibile, rendendolo il test perfetto per la supremazia quantistica.

Sia al processore quantistico che al supercomputer sono stati dati circuiti sempre più complessi e casuali per effettuare il calcolo. E ciò andando avanti fino a quando il supercomputer non è stato più in grado di elaborarli.

Per arrivare a questo limite i ricercatori di Ames hanno utilizzato i progressi ottenuti nelle tecniche per simulare i calcoli casuali dei circuiti quantistici utilizzando le strutture di supercalcolo della NASA.

Ciò che è accaduto è che ad un certo punto, anche utilizzando con tutti i trucchi a disposizione degli esperti di informatica quantistica della NASA, la simulazione di "computer all'interno di un computer" non è più stata in grado di gestire i circuiti casuali che gli sono stati dati.

E questo è diventato il punto di riferimento da superare per il quantum computer di Google.

Dal canto suo, il computer quantistico di Google è stato in grado di prendere questi circuiti casuali ed ottenere risultati, raggiungendo il punto di riferimento precedentemente individuato.

Ma come è stato possibile sapere il risultato raggiunto dal computer quantistico era corretto e se la supremazia quantistica fosse stata davvero raggiunta? È impossibile utilizzare un supercomputer tradizionale per fare una verifica, proprio perché il punto centrale di tutto questo esperimento è che un processore quantistico ha fatto qualcosa che nessun'altra macchina può fare.

Per essere sicuri che questo traguardo fosse stato effettivamente raggiunto, la NASA e Google si sono rivolti al Oak Ridge National Laboratory (Oak Ridge, Tennessee), dove c'è Summit, il supercomputer più potente del mondo. Lì, è stato testato se i risultati ottenuti dal computer quantistico corrispondevano a quelli ottenuti da Summit, fino al limite della supremazia quantistica. E le verifiche hanno confermato che effettivamente era così.

Rupak Biswas (direttore dell'Exploration Technology Directorate, Ames) coautore della pubblicazione: "Dal 2013 la nostra collaborazione con Google ha lavorato per demistificare ulteriormente le possibilità dell'informatica nel mondo quantico. Il raggiungimento odierno della supremazia quantistica è una pietra miliare entusiasmante, una di quelle che Ames è molto orgogliosa di supportare".

Un quanto è la quantità minima di una qualsiasi cosa fisica necessaria per interagire con qualcos'altro, di solito riferendosi alle più piccole unità di energia o materia.

Il mondo quantistico è una componente molto strana e molto bella della natura, totalmente invisibile a noi. Anche se ci potessimo rimpicciolire molto oltre le dimensioni di una formica fino a dimensioni subatomiche, l'atto stesso di osservare qualcosa su scala quantistica cambia il modo in cui tale qualcosa si comporta. Nonostante però il mondo quantico sia sfuggente da osservare, la matematica che c'è dietro il funzionamento della meccanica quantistica è ben compresa e coerente.

Grazie a questa coerenza, informatici, fisici ed ingegneri possono creare computer progettati per sfruttare queste proprietà uniche. Qualcosa chiamato sovrapposizione quantistica consente a un singolo qubit, l'unità di dati in un computer quantistico, di esistere contemporaneamente come varie quantità.

L' Entanglement Quantistico è un'altra proprietà - che sfugge completamente al nostro buonsenso - che collega in modo inscindibile due particelle, indipendentemente dalla distanza tra di esse, fornendo correlazioni impossibili da trovare nel mondo della meccanica classica.

E' come se queste due particelle danzassero in sincronia, sia che si trovino vicine l'una all'altra o distanti anni luce.

I computer quantistici possono usare queste correlazioni per archiviare, trasferire e calcolare le informazioni in modi impossibili sui computer tradizionali.

Raggiungere la supremazia quantistica apre la capacità di sperimentare e sviluppare tecnologie di elaborazione molto più veloci di sempre, in gran parte a causa del grado di controllo senza precedenti sulle operazioni quantistiche possibili nell'hardware di Google.

Rieffel: "Quando sono entrato in questo campo nel 1996, non ero sicuro di essere vivo prima di arrivare a questo punto. Ora possiamo sperimentare con algoritmi quantistici in modi che prima non potevamo eseguire. Ci sono tutte queste incognite nell'informatica quantistica, ed è incredibilmente eccitante entrare nell'era in cui possiamo esplorare tali incognite e vedere cosa troviamo".

Fonte dati, NASA.