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Curiosità

Velocità di calcolo senza limiti: la sfida dei computer quantistici

Immaginate milioni di intelligenze artificiali capaci di sintonizzarsi all’unisono su un unico calcolo per azzerare i tempi di risposta. È quello che accade con i computer quantistici. I colossi informatici si sfidano già a colpi di volumi quantici, ovvero la capacità di eseguire calcoli senza effettuare alcun errore. Se IBM con Raleigh viaggia ad un valore di volume quantico pari a 32, Honeywell dal canto suo ha raddoppiato arrivando ad un volume quantico di 64.

Ma cosa sono i computer quantistici?

Un computer quantistico è un dispositivo in grado di sfruttare alcune proprietà della meccanica quantistica per accedere ad una potenza di calcolo nettamente superiore a quella di un supercomputer. Per dare subito un’idea di quanto questo divario sia ampio, Sycamore, il computer quantistico di Google, è riuscito a dimostrare che una sequenza di numeri casuali è realmente casuale in circa 200 secondi. Summit, il supercomputer più potente al mondo, ci avrebbe impiegato invece circa 10.000 anni.

Per quanto il quesito posto a Sycamore possa sembrare fine a sé stesso, il fatto che sia stato in grado di risolverlo, oltre a darci un’idea della sua enorme potenza di calcolo, è la piena dimostrazione che abbiamo finalmente conseguito la supremazia quantistica, ossia la capacità di un processore di risolvere problemi che necessiterebbero anche anni, in pochi minuti.

Le differenze tra un processore classico ed uno quantistico non si limitano a questo, ma sono anche più radicali. Infatti, l’unità minima di informazione di un processore tradizionale è il bit, ossia un’entità binaria capace di assumere unicamente i valori uno e zero in relazione al passaggio di corrente o meno. Tuttavia, per un processore quantistico è necessario immagazzinare più informazioni, ed è qui che entrano in gioco i qubit, definiti come l’unità di informazione quantistica, che fanno si che ogni singolo elettrone trasporti un’informazione andando quindi ad amplificare la potenza di calcolo e la capacità di esecuzione di più operazioni contemporaneamente.

Sempre Sycamore, nell’anno 2019 ha eseguito con successo la simulazione chimica più complessa di sempre, modellizzando con successo il comportamento di una lunga catena di atomi di idrogeno. Lo ha annunciato Ryan Babbush, capo della divisione di algoritmi quantistici di Big G, parlando alla conferenza Q2B.

Fino a quel momento, la molecola più grande mai simulata con un computer quantistico è stata l’idruro di berillio, composto da un atomo di berillio e due atomi di idrogeno. La simulazione di Sycamore, invece, è relativa a una molecola molto più grande, costituita da una catena di ben 12 atomi di idrogeno, peraltro non esistente in natura.

Per portarla a termine, i ricercatori di Google hanno usato alcuni (non è dato sapere quanti) dei 54 qubit a disposizione di Sycamore. A tale simulazione “le catene di atomi di idrogeno”, ha detto Babbush, “sono tra le più simulate nel campo della chimica quantistica, perché si tratta di sistemi relativamente semplici da espandere”, attaccandovi nuovi atomi. Sebbene questa specifica simulazione rientra tra quelle che un computer classico sarebbe in grado di portare a termine, “dimostra comunque”, ha concluso Zhu, “la potenza del computer quantistico di Google”.

I risultati di Honeywell

Se il risultato conseguito da Sycamore sembra straordinario, a maggior ragione lo è quello ottenuto da Honeywell che è stata in grado di creare un computer quantistico due volte più potente di quello di Google.

La macchina si trova a Boulder in Colorado ed è costituita da una camera in acciaio inossidabile dalle dimensioni di un pallone da basket, raffreddata da elio liquido a una temperatura appena sopra lo zero assoluto, il punto in cui gli atomi smettono di vibrare. I singoli atomi, che galleggiano sopra un chip di un computer, vengono presi di mira con i laser e ciò permette di eseguire i calcoli.

Negli ultimi dieci anni Honeywell ha lavorato moltissimo per arrivare a creare il suo computer quantistico, mentre negli ultimi cinque, la società ha riunito un team di oltre cento ingegneri che ha interamente impiegato per la costruzione della macchina. Inoltre Honeywell ha annunciato a marzo che avrebbe raggiunto l’obbiettivo prefissato entro tre mesi. Scopo che è stata in grado di raggiungere anche quando il Covid-19 ha costretto alcuni dipendenti a lavorare in remoto. “Abbiamo dovuto ridisegnare completamente il modo in cui lavoriamo nelle strutture, limitare chi entrava nel sito e mettere in atto barriere fisiche”, afferma Tony Uttley, presidente di Honeywell Quantum Solutions. “Tutto ciò è accaduto nello stesso momento in cui stavamo programmando di partecipare a questa sfida”.

Un altro aspetto estremamente interessante dei computer quantistici, si è manifestato in un prototipo in grado di migliorare anche le performance dei videogiochi, rendendone più naturali ed efficienti alcuni meccanismi.

Il risultato è illustrato in un articolo del New Scientist, il quale racconta di come un gruppo di scienziati dell’IBM sia riuscito a progettare, tramite un computer quantistico, un livello simile a quello di un noto videogioco, Minecraft.

A tal proposito gli autori si sono chiesti come fosse possibile migliorare la generazione di elementi al fine di renderli sempre più naturali (riguardante il caso di Minecraft). Per risolvere il quesito hanno provato a utilizzare un computer quantistico, infatti mentre in un computer classico un bit può essere definito con precisione, nel computer quantistico i qubit contengono un elemento di casualità che può essere sfruttato anche all’interno di videogiochi, come Minecraft appunto, in cui questo aspetto diventa centrale.

Inoltre, sempre nel 2017, Wootton e il suo gruppo riuscirono a creare una versione di Battaglia navale capace di girare su un computer quantistico. Tuttavia gli sviluppatori, essendo abituati ad utilizzare tecniche più semplici da gestire per realizzare i giochi, si trovarono spiazzati e con forti difficoltà nel trattare una macchina di tale potenza. Ancora il tutto sembrava (e sembra tutt’ora) molto futuristico, seppure interessante, come racconta sempre su New Scientist Mike Cook della Queen Mary University di Londra, e forse ci vorrà ancora tempo prima che gli sviluppi siano effettivi. Detto ciò, non resta che attendere, anche se una cosa è certa: il mondo dei computer quantistici potrebbe davvero rivoluzionare il mondo, andando ad influenzare non solo l’ambito scientifico e ingegneristico, ma anche un ambito ludico come quello dei videogiochi.