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domenica 20 settembre 2015

La Storia Dei Computer Quantistici: D-Wave ed IBM

Un computer quantistico elabora e risolve i problemi con le classiche operazioni della meccanica quantistica(sovrapposizione di dati ed indeterminazione).
Nella fisica e nella chimica, l'informatica quantistica potrebbe consentire di progettare nuovi materiali e composti farmaceutici senza ricorrere a prove di laboratorio costose e ad alto rischio di errore, accelerando potenzialmente la velocità e il ritmo di innovazione in molti settori.
Inoltre i computer quantistici potrebbero rapidamente ordinare e gestire database molto più grandi, oltre ad enormi archivi di dati diversi e non strutturati.
Nei computer quantistici ipoteticamente potrebbero essere utilizzati nanotubi di carbonio (utilizzabili come memorie o come elaboratori d'informazione), atomi artificiali, fotoni, materiali superconduttori e autoassemblanti, pozzi quantistici.


L'INTUIZIONE DI FEYNMAN (1985) E D-WAVE (2011)
L'idea di usare un sistema quantistico per fare dei calcoli fu introdotta nell'1982 dall'americano Richard Feynman(poi morto 6 anni dopo, all'età di 70 anni) e da Paul Benioff.
Feynman era un fisico che aveva vissuto la sua vita occupandosi di superconduttività, decadimento beta dei neutroni e non solo.
Nobel per la fisica nel 1965.
La conferma dell'intuizione di Feynman arrivò nel 1985 grazie a David Deutsch e alla sua teoria del parallelismo quantistico che dimostrò che era possibile ottimizzare i tempi e quindi risolvere calcoli complessi che con un computer classico sarebbero stati impossibili da risolvere(per l'epoca e non solo).
Il computer quantistico di Kane arriva nel 1998, grazie al fisico Bruce Kane che propose la costruzione di un elaboratore quantistico su atomi di fosforo disposti su uno strato di silicio di 25 nanometri.
Il 28 giugno 2013 è stato reso pubblico il computer quantistico D-Wave (progettato nel 2011).
Esso contiene un processore a 512 qubit(quanto d'informazione: la più piccola porzione d'informazione codificata), ognuno dei quali è un circuito superconduttore mantenuto a temperature bassissime (2/3 K, circa -271°, quasi lo 0 Assoluto: la più bassa temperatura raggiungibile).
D-Wave sono raffreddati ad Elio e con dischi di rame per dissipare il calore ed evitare interferenze elettromagnetiche.
Quando la temperatura si alza, la corrente può con uguale probabilità girare in senso orario o antiorario.
Questa indeterminazione viene sfruttata come unità di informazione usata per svolgere i calcoli.
D-Wave spopola e tra i principali clienti troviamo Google e la NASA che li utilizzano per ottimizzare determinare apparecchi.
Il costo si aggira sui 10 milioni di dollari.
In seguito è stato perfezionato ed è uscita una nuova versione chiamata D-Wave II.


IL BIT QUANTISTICO
Un bit classico è rappresentato dai valori 0 ed 1.
Un bit quantistico (qubit) può avere un valore di 0 ed 1 o entrambi contemporaneamente, descritti come una sovrapposizione e semplicemente indicati come "0+1".
Questa proprietà di sovrapposizione consente ai computer quantistici di scegliere la giusta soluzione tra milioni di possibilità in una volta in modo molto più rapido rispetto a un computer convenzionale.
Su tale stato di sovrapposizione possono verificarsi due tipi di errori.
L'errore bit-flip, che passa semplicemente uno 0 invece di un 1 e viceversa.
L'altro è l'errore phase-flip, che cambia il segno della relazione di fase tra 0 e 1 per via di una sovrapposizione.
Entrambi i tipi di errori devono essere rilevati in modo tale che la correzione dell'errore quantistico funzioni correttamente.
Fino a questo momento era stato possibile risolvere un tipo di errore quantistico alla volta, mai entrambi contemporaneamente.
Si tratta di una fase necessaria per la correzione degli errori quantistici, requisito fondamentale per creare un computer quantistico pratico e affidabile su vasta scala.


IL COMPUTER QUANTISTICO IBM (2015)
Il computer IBM, formato da un reticolo quadrato di quattro qubit superconduttori su un chip di circa un quarto di pollice quadrato, consente per la prima volta di rilevare contemporaneamente entrambi i tipi di errori quantistici.
"L'informatica quantistica potrebbe portare potenzialmente a una trasformazione, dato che ci consente di risolvere problemi che oggi è impossibile o difficile risolvere" ha affermato Arvind Krishna, director di IBM Research.
"Mentre l'uso dei computer quantistici era stato originariamente esaminato per la crittografia, un'area che troviamo estremamente interessante risiede nella loro potenziale capacità di risolvere problemi attualmente irrisolti nella fisica e nella chimica quantistica".
"Sarebbe sufficiente un computer quantistico creato con solo 50 bit quantistici (qubit) affinché nessuna combinazione degli attuali supercomputer sarebbe in grado di superarlo", sottolinea IBM.


SOSTITUIRANNO I COMPUTER CLASSICI?
E' sbagliato credere, comunque, che il computer quantico sia la soluzione migliore per qualsiasi problema di calcolo.
Così come fu sbagliato credere che la fisica quantistica avrebbe potuto sostituire quella classica.
Il problema principale è che aumentare la capacità di elaborazione miniaturizzando circuiti di silicio sta diventando troppo costoso, con un costante calo dello yield.
Per superare il problema, l’industria punta su nuovi materiali, come gallio e indio, ma la verità, di cui i ricercatori sono ben consapevoli, è che qualunque affinamento della tecnologia attuale potrà solo rimandare di qualche lustro l’inevitabile conclusione del percorso di evoluzione dell’elaboratore elettronico così come lo conosciamo da settant’anni.
Dunque, in poche parole, le leggi di Moore (serie di osservazioni e previsioni fatte dal co-fondatore di Intel Gordon Moore) cominciano a vacillare.
La sua previsione principale afferma che la densità dei transistor, o il numero di transistor su una data superficie e quindi le prestazioni del processore, sarebbero raddoppiati ogni due anni.
Liberamente tradotto, significa che in un periodo di 24 mesi è possibile acquistare un computer che è significativamente più veloce di quello che oggi si può avere con la stessa quantità di denaro.
L’industria elettronica ha originariamente interpretato che questo significasse che il semplice fattore di scala avrebbe reso i computer sempre più economici.
Con l’aumento della densità, i chip si riducono in dimensioni , l’elaborazione si accelera e il costo per processore diminuisce.
Negli ultimi anni, il mondo tecnologico si è basato su questo concetto per elaborare piani di prodotto e strategie di produzione, portando a dispositivi sempre più piccoli, meno costosi e più veloci.
Ad ogni modo tornando ai computer quantistici, la loro particolarissima struttura le rende adatti a superare velocemente alcune specifiche situazioni complesse, mentre in altri casi, come il semplice calcolo matematico, il computer attuale resterà a lungo il più adatto.
Ma quali sono gli scenari in cui l’introduzione dei qubit può rappresentare una vera svolta?
Il primo è quello della sicurezza.
Un computer quantistico pienamente efficiente potrebbe sbriciolare in pochi istanti i sistemi di encryption attuali, il che giustifica l’interesse del governo USA a seguirne l’evoluzione con la massima attenzione.
Allo stesso tempo, sfruttando le proprietà dei qubit potrebbero essere realizzati nuovi sistemi di codifica praticamente inviolabili.
I computer quantistici potrebbero anche risolvere alcuni dei più famosi problemi matematici finora senza risposta, ma soprattutto potrebbero dare un nuovo impulso all’analisi di grandi quantità di dati.
Anche il riconoscimento vocale o del viso, così come l’interpretazione del linguaggio umano, diventerebbero procedure estremamente facili e veloci.

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