Lo scorrere del tempo avanti ed indietro...

Da everyeye.it

Dei fisici hanno invertito il tempo usando un computer quantistico

di Simone Caporali, 21 lug 2019

Il tempo va in una sola direzione: avanti. Lo sappiamo, lo abbiamo sempre sperimentato. Ci ricordiamo cosa abbiamo mangiato (solitamente) a pranzo ieri, ma non possiamo ricordare il pranzo del giorno successivo. Oppure sì? 

Fisici americani e russi hanno collaborato per provare a rompere, mettere alla prova, scalfire una delle leggi fisiche riguardanti l'energia: la seconda legge della termodinamica. 

Che legge sarebbe? Ha molte formulazioni, ma in poche parole dice che le cose calde diventano fredde nel tempo mentre l'energia si diffonde dalle aree dove è maggiormente intensa. Ci dice che se vi preparate un thè, esso non rimarrà caldo per sempre all'interno di una stanza più fredda. 

"Questa legge è strettamente correlata alla nozione di freccia del tempo che postula la direzione del tempo a senso unico, dal passato al futuro", afferma il fisico quantistico Gordey Lesovik dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca. In un certo senso, con alcune accortezze, infrangerla sarebbe come affermare di poter viaggiare nel tempo. 

Se immaginiamo un tavolo da biliardo e zummando guardiamo una singola collisione tra due palle, anche se vista al contrario non noteremmo nulla di strano. Tuttavia, se vedessimo le palle uscire dalle loro buche e riformare la piramide da cui le avevamo fatte partire, questo si che sarebbe stupefacente. 

Ora pensiamo agli elettroni. Questi sono come minuscole palle da biliardo, ma anche qualcosa di più. Sono informazioni che occupano uno spazio. I loro parametri sono definiti dalla famosa equazione di Schrödinger, grazie alla quale si determina l'evoluzione temporale dello stato di un sistema (in questo caso, appunto, di un elettrone). 

Per semplicità immaginiamo nuovamente il tavolo da biliardo, l'elettrone come una palla e spegniamo la luce. Se lanciamo la palla, dopo un certo tempo, potrà essere in qualsiasi posto del tavolo e avrà una certa velocità che non conosciamo. Tuttavia ci sono alcune zone dove sarà più probabile trovarla.

Se vogliamo sapere dov'è la nostra palla, dovremo afferrarla con la mano, perdendo in questo modo, però, tutta l'informazione sulla sua velocità. Se invece proviamo a sfiorarla cercando di capire a che velocità stia andando, non saremo in grado di determinarne la posizione esatta. Tuttavia se ci concentriamo sul momento in cui la lanciamo la prima volta, qualche istante dopo, siamo sicuri di due cose: si trova ancora vicino a noi e ha una velocità considerevole.

In un certo senso, l'equazione di Schrödinger predice la stessa cosa per le particelle quantistiche. Nel tempo, le possibilità delle posizioni e delle velocità di una particella si espandono.

"Tuttavia, l'equazione di Schrödinger è reversibile", dice lo scienziato dei materiali Valerii Vinokur dell'Argonne National Laboratory negli Stati Uniti. "Matematicamente, significa che sotto una certa trasformazione chiamata coniugazione complessa, l'equazione descriverà un elettrone 'spalmato' che si localizza nuovamente in una piccola regione dello spazio nello stesso periodo di tempo."

Come se la palla da biliardo, invece di perdersi chissà dove al buio sul tavolo, tornasse nella nostra mano.

In teoria, non c'è nulla che impedisca che si verifichi spontaneamente. Però servirebbe fissare 10 miliardi di tavoli da biliardo elettronici ogni secondo e la vita del nostro Universo per vederlo accadere una volta. Diciamo che è improbabile.

Piuttosto che aspettare pazientemente, il team ha usato gli stati indeterminati delle particelle in un computer quantistico (ormai sempre più vicini) come palla da biliardo, e alcune manipolazioni intelligenti del computer come loro 'macchina del tempo'.

Ciascuno di questi stati, o qubit, era organizzato in uno stato semplice che corrispondeva a una mano che teneva la palla. Una volta che il computer quantistico è stato messo in azione, questi stati si sono diffusi in una gamma di possibilità. Modificando certe condizioni nel setup del computer, quelle possibilità erano in realtà limitate, in modo da riavvolgere deliberatamente l'equazione di Schrödinger.

Per testare questo il team ha lanciato di nuovo il set-up, come se prendendo a calci un tavolo da biliardo si vedessero le palline riarrangiarsi nella forma iniziale, la piramide. In circa l'85% delle prove basate su due soli qubit, questo è esattamente quello che è successo.

A livello pratico, gli algoritmi utilizzati per manipolare l'equazione di Schrödinger in 'riavvolgimento' in questo modo potrebbero contribuire a migliorare l'accuratezza dei computer quantistici.

FONTE: Sciencealert.com

La legge di Neven: quanto migliorano i computer quantistici su quelli tradizionali...

da everyeye.it

La legge di Neven: i computer quantistici stanno arrivando

di Simone Caporali, 20 Lug 2019

"Sembra che non stia accadendo niente, ancora niente e poi ops, improvvisamente sei in un mondo diverso, questo è quello che stiamo sperimentando."

Con queste parole Hartmut Neven, direttore del Quantum Artifical Inteligence Lab, prova a descrivere quello che sta accadendo nell’ambito della corsa ai computer quantistici, nel descrivere la legge che ormai, nel gergo, porta il suo nome: la legge di Neven. Una legge che descrive quanto velocemente i computer quantistici guadagnino potenza di calcolo in confronto ai computer a cui tutti siamo abituati.

Ma prima un passo indietro.

Nel dicembre 2018, i ricercatori alla Google AI hanno operato un calcolo sul più potente processore quantistico di Google dell’epoca e sono poi stati in grado di simulare tale calcolo su un laptop. A gennaio di quest’anno hanno riprodotto lo stesso test con un processore migliorato e, per simulare il risultato, sono dovuti ricorrere ad un potente desktop. A febbraio non c’erano più computer nell’edificio in grado di simulare il miglior processore quantistico che erano riusciti ad ottenere e hanno dovuto chiedere la disponibilità dell’enorme network di server di Google per un po' di tempo.

Questa rapidità nel surclassare la potenza dei normali computer è stata quantificata da Neven, affermando che la potenza di un computer quantistico cresca in modo doppiamente esponenziale rispetto alla controparte classica. Una normale crescita esponenziale è già alquanto veloce e significa che una certa quantità cresce con la potenza di 2. 2¹ 2² 2³ 2⁴ ecc... I primi termini possono essere piccoli e la crescita non così rapida ma, dopo pochi salti, questa diventa estremamente importante.

Una doppia crescita esponenziale è estremamente più veloce. Posto a=2ⁱ con i=1,2,3 ecc... si ha 2^a. A cosa è dovuta questa velocità? A due fattori combinati, secondo Neven. Il primo è che i computer quantistici hanno un intrinseco vantaggio esponenziale rispetto ai computer classici. Per esempio, se un circuito quantistico ha 4 bit quantistici, serve un circuito classico con 16 bit normali per raggiungere la stessa potenza di calcolo. Questo primo vantaggio in particolare rimarrebbe vero anche se i computer quantistici non migliorassero mai.

Il secondo fattore deriva dalla velocità con cui i processori quantistici stanno migliorando. Neven afferma infatti che gli ultimi processori quantistici sviluppati da Google migliorano con un andamento esponenziale. Quindi, se i computer classici hanno bisogno di una potenza di calcolo esponenziale per eguagliare la loro controparte quantistica e questa cresce di potenza esponenzialmente nel tempo, si ottiene la doppia crescita esponenziale osservata da Neven.

I computer quantistici sono un sogno per molti amanti della tecnologia; hanno simulato le proprietà di un materiale e sono riusciti, in un esperimento, a prevedere 16 futuri diversi. Chissà che non siano presenti anche in uno dei nostri, di futuri.

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.