Il computer quantisico: sarà il futuro?

Da Wired

Cos'è davvero un computer quantistico e perché potrebbe cambiare il mondo 

Trapelato un articolo scientifico in cui Google afferma di essere riuscita a conseguire la “supremazia quantistica” con un processore superconduttivo. È l’inizio di una rivoluzione attesa da tempo

di Sandro Iannaccone, 27 set 2019

Notizia bomba nel campo dell’informatica quantistica. 

Trapelata, poi ritirata, ma mai smentita né confermata ufficialmente. La scorsa settimana è apparso su sito della Nasa un paper dal titolo Quantum supremacy using a programmable superconducting processor, ossia Supremazia quantistica usando un processore superconduttivo programmabile. 

L’articolo è rimasto online per poche ore (fortunatamente qualche anima pia ha provveduto a salvarlo) ma tanto è bastato a generare una valanga di commenti, controversie, polemiche, supposizioni e speranze tra la comunità degli addetti ai lavori. Questo il succo: Sycamore, il computer quantistico di Google, sarebbe riuscito a conseguire la cosiddetta supremazia quantistica, ossia a svolgere nel giro di pochi minuti, e per la prima volta al mondo, una serie di operazioni che i computer tradizionali impiegherebbero decine di migliaia di anni a svolgere. Abbiamo cercato di capire, con l’aiuto di un esperto, quanto c’è da fidarsi, perché si tratta di una notizia così importante e cosa potrebbe cambiare nel futuro qualora fosse confermata. 

Recap: cos’è e come funziona un computer quantistico 

Cominciamo dalle basi, anche per sgomberare il campo da ambiguità e incomprensioni. Un computer quantistico sfrutta alcune tra le proprietà più bizzarre e controintuitive della meccanica quantistica per ottenere una potenza di calcolo di gran lunga superiore rispetto a quella di un computer (e di un supercomputer) classico. Come tutti sanno, l’unità minima di informazione di un processore convenzionale è il bit, un’entità binaria che può assumere i valori zero e uno a seconda del passaggio o meno di corrente. Dal canto loro, i processori quantistici usano i qubit, in genere particelle subatomiche come fotoni o elettroni, che invece possono immagazzinare molte più informazioni: “I processori tradizionali”, racconta Tommaso Calarco, direttore del Jara-Institute Quantum Information e presiedente dello European Quantum Flagship Network, “ammettono solo due stati, lo zero e l’uno, legati al passaggio o al non-passaggio di corrente, cioè di un flusso di elettroni. Nei processori quantistici, invece, ogni singolo elettrone trasporta un’informazione, il che amplifica enormemente la potenza di calcolo”. 

Le leggi della meccanica quantistica, infatti, postulano (tra le altre cose) che ogni particella sia soggetta al cosiddetto principio di sovrapposizione, ossia – per dirla rozzamente – si possa trovare contemporaneamente, con probabilità diverse, in più stati differenti. “Il principio di sovrapposizione consente di superare il dualismo acceso/spento e di veicolare molta più informazione: una particella quantistica può rappresentare contemporaneamente più stati”. Il qubit, insomma, permette di parallelizzare i calcoli, cioè di svolgere molte, moltissime operazioni contemporaneamente. 

Non sostituirà i computer tradizionali, per ora 

Attenzione: quanto detto finora, probabilmente, non vuol dire che nel prossimo futuro i processori classici andranno definitivamente in pensione. Per la maggior parte delle operazioni convenzionali saranno ancora l’opzione più efficiente ed economica: usare un computer quantistico per il rendering di un video o per abbattere i mostri di un videogioco sarebbe come sparare a una mosca con un cannone. Diverso è il caso di settori come la scienza dei materiali, o l’industria farmaceutica, o la fisica delle particelle: in questi scenari un processore quantistico potrebbe davvero cambiare completamente – e per sempre – le regole del gioco, rendendo possibili avanzamenti tecnologici di vastissima portata e difficili da prevedere a priori. 

A che punto siamo? 

Questi mesi rappresentano una fase cruciale nella storia dello sviluppo dei computer quantistici. 

Appena pochi giorni prima del leak di Google, Ibm ha annunciato che a ottobre prossimo consentirà a ingegneri, fisici e informatici di accedere da remoto a un computer quantistico a 53 qubit, il più potente mai costruito dall’azienda e il maggiore mai messo a disposizione per uso esterno. La notizia è arrivata a coronamento di sforzi che vanno avanti da anni: nel 2017, come vi avevamo raccontato, gli scienziati di Ibm erano riusciti a simulare con successo un computer quantistico a 56 qubit all’interno di un processore tradizionale con 4.5 terabyte di memoria. 

Dal canto suo, invece, Google ha a disposizione Sycamore, un computer a 54 qubit (uno dei quali sembra non funzionare come dovrebbe, e pertanto ne vengono utilizzati 53), e un altro sistema a 72 qubit, che al momento si è rivelato però troppo difficile da controllare. Tutto perché i sistemi quantistici sono estremamente delicati, e particolarmente suscettibili anche a impercettibili interferenze esterne (termiche ed elettromagnetiche, per esempio): “Per dare un’idea della difficoltà enorme di gestire e controllare i computer quantistici”, ci spiega ancora Calarco, “si può pensare ai qubit come ai componenti di un’orchestra chiamata a suonare la nona sinfonia di Beethoven. Però ciascun musicista deve riuscire a farlo con guantoni da boxe alle mani e casco sulla testa. E in una stanza tenuta a novanta gradi di temperatura. È un compito veramente molto, molto difficile”. 

Supremazia quantistica vs vantaggio quantistico 

Veniamo a Google. Cosa vuol dire supremazia quantistica? “Di per sé, si tratta di un concetto molto semplice”, dice ancora Calarco. “Vuol dire riuscire a risolvere, con un computer quantistico, un calcolo che un computer tradizionale non riuscirebbe a risolvere, quantomeno in un tempo ragionevole”. Nella fattispecie, Sycamore è riuscita a dimostrare che una sequenza di numeri casuali è realmente casuale (un problema matematicamente molto complesso) in circa tre minuti e venti secondi; Summit, il supercomputer (tradizionale) più potente al mondo, ci impiegherebbe circa 10mila anni. 

“Il problema risolto da Sycamore, in sé, è del tutto inutile, o meglio ha interesse puramente accademico. La sua importanza è legata al fatto che riuscire a risolverlo dimostra una volta per tutte che abbiamo conseguito la supremazia quantistica. È il coronamento di quello che pensavamo fosse solo un sogno, e che ora sappiamo in realtà essere fattibile”. Il prossimo passo, spiega ancora Calarco, sarà passare dalla supremazia quantistica al vantaggio quantistico, cioè all’effettiva progettazione di algoritmi da far svolgere ai computer quantistici del futuro. È come se in questo momento abbiamo mostrato che è possibile costruire una macchina velocissima, ma ci mancano ancora strade, distributori di benzina, infrastrutture. E soprattutto partenze e destinazioni. “È ancora decisamente troppo presto per immaginare tutte le applicazioni. Potrebbero essere davvero sterminate, e strabilianti. I prossimi passi sono anzitutto migliorare ulteriormente l’hardware, arrivando a controllare con precisione sistemi a 100 o più qubit, e poi lavorare allo sviluppo di algoritmi che permettano di arrivare al vantaggio quantistico”. 

Il futuro ci attende.

La profezia di Turing: ecco il computer indistiguibile dall'uomo

Da Agi.it

È arrivato il computer che avvera la profezia di Turing

Dopo sei anni di lavoro, a San Francisco la IBM ha sfidato il campione del mondo di dibattiti con un computer che per 25 minuti ha duellato per sostenere la tesi che gli asili debbano essere finanziati. Ha perso, per ora. Ma la sfida più grande, immaginata nel 1950 dal profeta dell'intelligenza artificiale, è ormai vinta: impossibile distinguere il discorso di una macchina da quello di un essere umano

di Riccardo Luna, 13 feb 2019

Il primo ottobre 1950, sulla rivista Mind, il matematico inglese Alan Turing pubblicò un saggio destinato a cambiare per sempre quello che pensiamo sull’intelligenza artificiale. 

Si chiamava Macchine Calcolatrici e Intelligenza e provava a rispondere alla domanda: le macchine pensano? Tra i molti spunti interessanti, c’è una profezia: dice, Turing, che tempo 50 anni e non avremo più saputo distinguere fra una frase detta da un essere umano e una di un computer. The Imitation Game, lo chiamò, il gioco dell’imitazione. Ci sono voluti 19 anni in più del previsto, ma quel giorno è finalmente arrivato.

L11 febbraio 2019, nel Moscone Center di San Francisco, già teatro di storici annunci come il lancio del primo iPhone, si è svolta la prima sfida di retorica fra un essere umano e un robot.  E il robot ha perso. Per ora. Ma ha parlato così bene, ha sostenuto i suoi argomenti con tale bravura che chi era lì ne è uscito incredulo. L’occasione è stata l’apertura della conferenza annuale sul futuro della IBM, una azienda che da sempre si muove sulle frontiera dell’innovazione.

Fu un computer IBM a sfidare e a un certo punto battere il campione del mondo di scacchi. E poi quello di GO, un altro gioco fatto di calcoli. E poi quello di Jeopardy, un quiz tv molto seguito con domande a trabocchetto. In tutti quei casi però alla fine aveva vinto la capacità di calcolo del computer non davvero la sua intelligenza. Mai si era visto quello che è andato in scena a San Francisco.

Da una parte c’era una sorta di campione del mondo di dibattiti: io non avevo idea che si facessero delle gare, ma pare che sia così e il giovane professore indiano Harish Natarajan, è quello che detiene il maggior numero di campionati mondiali vinti. A sfidarlo un parallelepido nero, alto poco più di una persona, con una fessura azzurra all’altezza degli occhi. A prima vista faceva l’effetto del misterioso monolite nero di “2001 Odissea nello Spazio”, ma qui non ci sono misteri. Si tratta di un progetto, avviato nel 2011 in Israele dal ricercatore Noam Slonim, per costruire una macchina in grado di dibattere con un essere umano. È un progetto e infatti sii chiama Project Debater, ma visto che ha una voce da donna, è stato subito ribattezzato Miss Debater

La sfida consisteva nel sostenere la tesi del perché gli asili nido debbano essere finanziati. 

I duellanti hanno avuto 15 minuti per prepararsi: Harish Natarajan ha scritto furiosamente su dei foglietti, Miss Debater ha silenziosamente analizzato circa 10 miliardi di frasi sul tema che sono in rete. 

La sfida è poi durata 25 minuti di batti e ribatti. Miss Debater si è anche permessa qualche battuta di spirito. È stata quasi perfetta nel tentativo di emulare un essere umano. Secondo la giuria alla fine ha perso. Ma vale la frase con cui ha esordito: “Benvenuti nel futuro”. Stiamo entrando in una fase nuova. Inizia davvero The Imitation Game.

Un nuovo elaboratore IBM per il futuro (prossimo): piccolo come un granello di sale..

Da WebNews

IBM, un computer più piccolo di un granello di sale

IBM svela il prototipo del computer più piccolo del mondo, contenente migliaia di transistor e dalla potenza simile a quella di un x86 degli anni '90.

Floriana Giambarresi, 19 marzo 2018

All’interno di un progetto che sembra provenire direttamente dal futuro, gli ingegneri di IBM hanno creato il computer più piccolo al mondo: è più piccolo di un granello di sale tanto che per vederlo è necessario disporre di un microscopio, ma è comunque dotato di una potenza di calcolo simile a quella garantita dal chip x86 degli anni ’90.

In occasione della conferenza IBM Think 2018, la nota azienda ridefinisce l’idea di un computer piccolo presentando una innovazione difficile da identificare a occhio nudo senza l’aiuto di un microscopio. 

La potenza erogata, sebbene non sia al passo con le soluzioni moderne, è impressionante se si considerano le dimensioni e pare che il dispositivo ospiti «diverse centinaia di migliaia di transistor», che lo renderanno capace di «monitorare, analizzare, comunicare e persino agire sui dati», secondo quanto spiegato da Mashable. 

Potente infatti quanto il chip x86 del 1990, sarà comunque utile perché è estremamente piccolo ma anche particolarmente economico, dunque potenzialmente capace di esser integrato in ogni tipologia di dispositivo elettronico.

La produzione del computer più piccolo al mondo costerà infatti solo 10 centesimi e pare che IBM si aspetti che agisca come una fonte di dati delle applicazioni blockchain, tecnologia conosciuta dalla maggior parte delle persone come base della criptovaluta Bitcoin. Con il suo aiuto, un dispositivo sarà in grado di completare le attività di base dell’intelligenza artificiale (AI) e tenere traccia delle spedizioni di merci, frodi e furti, seri problemi nella gestione della supply chain. 

Secondo quanto reso noto, l’azienda si aspetta che tale soluzione troverà spazio nei dispositivi elettronici impiegati per l’uso quotidiano entro i prossimi cinque anni. Questo minuscolo chip potrebbe potenzialmente rivoluzionare l’uso dei computer. È così piccolo che potrà essere collegato a qualsiasi cosa.

Non è ancora chiaro quando questo microcomputer verrà rilasciato poiché i ricercatori IBM stanno attualmente testando il suo primo prototipo, ma una cosa è certa: il futuro è qui. 

E si potrebbe aver bisogno di un microscopio per vederlo.

Intel: il futuro dei processori (e non solo)

Da Tom's Hardware

Intel pronta con un processore quantistico con 17 qubit

Intel ha sfornato e consegnato il suo primo chip quantistico con 17 qubit. Un passo importante, ma solo il primo di una lunghissima serie, verso il computer quantistico.

di Manolo De Agostini @mdeagostini, 11 ott 2017

Intel sulle orme di IBM. L'azienda statunitense ha annunciato di aver consegnato un chip quantistico con 17 qubit a QuTech, partner olandese con cui collabora. 

Il nuovo chip prodotto da Intel segna un ulteriore sviluppo nel campo dei computer quantistici.

Al centro di tutto non ci sono i bit, ma i qubit, l'unità di informazione quantistica. 

Questi sono i blocchi fondanti di un computer quantistico, come i bit lo sono in un computer tradizionale. Usando i qubit - che possono assumere nello stesso tempo il valore 0, 1 o entrambi - i ricercatori credono che i computer saranno in grado di processare "più soluzioni per un singolo problema nello stesso momento" piuttosto che svolgere calcoli sequenziali. Il tutto a una velocità senza precedenti.

In questo modo saranno risolti problemi complessi che i computer più moderni, basati su architettura tradizionale, non sono in grado di risolvere o che impiegherebbero anni a risolvere. 

Chimica, scienza dei materiali e modellazione molecolare sono solo alcuni dei settori in cui i computer quantistici potrebbero portare a una svolta. 

Ad esempio potrebbero contribuire a creare un nuovo catalizzatore per sequestrare l'anidride carbonica, un superconduttore a temperatura ambiente o scoprire nuovi farmaci.

A oggi malgrado i progressi, le molte teorie e le sperimentazioni, permangono sfide intrinseche alla costruzione di sistemi quantici di grandi dimensioni su vasta scala capaci di produrre risultati precisi. Creare qubit uniformi e stabili è una di queste sfide.

I qubit sono molto fragili e qualsiasi tipo di rumore od osservazione involontaria può portare a una perdita di dati. Questa fragilità richiede che operino a circa 20 millikelvin - 250 volte più freddo dello spazio profondo, e questo ambiente operativo estremo rende il "packaging" dei qubit cruciale per le loro prestazioni e il funzionamento.

Due team di Intel, il Components Research Group (CR) in Oregon e l'Assembly Test and Technology Development (ATTD) in Arizona, sono riusciti a confezionare un chip con 17 qubit con un'architettura che ne garantisce maggiore stabilità a temperature più alte e la riduzione delle interferenze RF tra ogni qubit. 

Il chip può inviare e ricevere da 10 a 100 volte più segnale rispetto a chip comparabili "wire-bonded" e ha un design avanzato che permette alle tecniche usate di essere applicate a circuiti quantistici più grandi.

"La nostra ricerca quantistica sta avanzando fino al punto in cui il nostro partner QuTech sta simulando algoritmi quantistici.
Intel sta realizzando regolarmente nuovi chip di test nei propri impianti di produzione", ha affermato Michael Mayberry, vicepresidente corporate e amministratore delegato di Intel Labs. "La nostra competenza nella fabbricazione, nell'elettronica di controllo e nell'architettura ci distingue e ci aiuterà mentre ci avventuriamo in nuovi paradigmi di calcolo, dal neuromorfico al calcolo quantistico".

"Con questo chip ci concentreremo sul collegamento, il controllo e la misurazione di qubit multipli", ha affermato il professor Leo DiCarlo di QuTech. "Questo lavoro ci permetterà di ottenere nuove conoscenze nel calcolo quantistico che daranno forma alla prossima fase di sviluppo".

Intel e QuTech non stanno collaborando solo sull'hardware, ma sull'intero stack, quindi anche la parte software.
D'altronde la potenza è nulla senza controllo.
Intel sta inoltre studiando più tipi di qubit, dai qubit superconduttori integrati nel nuovo chip a un tipo alternativo chiamato "spin qubit in silicon" dove gli spin qubit ricordano un transistor con un singolo elettrone, simile in molti modi ai transistor tradizionali e potenzialmente in grado di essere prodotto con processi comparabili.

Innovazioni tecnologiche del prossimo futuro

Da Leonardo.it

IBM novità: 3 miliardi per il chip del futuro

di Alberto Marini, 10 Luglio 2014 

Il mondo dell’informatica sta evolvendo rapidamente e IBM è una delle principali aziende che sta investendo per un futuro, sempre più, all’insegna della tecnologia. 

Con un investimento pari a 3 miliardi di dollari, nei prossimi 5 anni, Big Blue ha come obiettivo quello di sviluppare chip ancor più piccoli, degli attuali modelli, e basati su grafene e nanotubi di carbonio, per aumentare le performance.

Quando si parla di futuro, IBM è una delle prime aziende che scende in campo e, non a caso, ha già annunciato l’investimento di 3 miliardi di dollari per sviluppare le tecnologie del domani. 

Principalmente, Big Blue desidera realizzare componenti elettroniche, chiamate transistor, con processo produttivo a 7 nanometri, dimensione estremamente microscopica che è pari a circa un millesimo della larghezza di un capello umano. 

Le idee di IBM, però, non terminano qui, dal momento che, la sfida più importante è quella di utilizzare nanotubi di carbonio e il grafene per realizzare architetture complesse, a partire da quella del computer quantico fino ad arrivare all’architettura che simula il cervello umano.

I prossimi 10 anni, secondo IBM, saranno fondamentali per lo sviluppo di nuovi sistemi in grado di risolvere problemi che, ancora oggi, risultano essere non risolti. 

La scelta e l’utilizzo di nuovi materiali sarà uno dei problemi da affrontare, poché fino ad oggi l’industria informatica è stata estremamente dipendente dal silicio. 

L’era “post silicio”, quindi, si preannuncia ricca di novità e prodotti che potrebbero rivoluzionare, ulteriormente, la nostra vita quotidiana.

Di seguito due video che presentano un'altra innovazione del futuro prossimo: le stampanti 4D