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In 36 microsecondi, un computer quantistico potrebbe fare ciò che un computer classico impiegherebbe quasi 9.000 anni

Computer quantistico boreale (Foto: Xanadu Quantum Technologies Inc.)

I computer quantistici, che sono ancora sperimentali, sono basati su qubit quantistici, ma possono anche usare fotoni, ogni molecola di una particella di luce. Ora, gli scienziati hanno compiuto nuovi passi in quest’ultimo modello realizzando un compito in soli 36 microsecondi, i classici impiegando quasi 9.000 anni.

Descrizione di questo fotoprocessore quantistico chiamato borealeche è stato pubblicato sulla rivista Nature e i suoi direttori lo confermano È il più grande esperimento fotonico con un vantaggio quantistico – che mostra il suo miglioramento rispetto ai sistemi classici – riportato finora.

“In media, i migliori algoritmi e supercomputer disponibili impiegano più di 9.000 anni” per fare il lavoro, hanno sottolineato nel loro articolo i ricercatori di Xanadu, una società canadese di tecnologia quantistica, e del National Institute of Standards and Technology degli Stati Uniti.

Questo sistema offre miglioramenti rispetto ai dispositivi ottici precedentemente installati e può rappresentare un passo importante verso la creazione di computer quantistici, riassume il team scientifico di Jonathan Lavoie.

Uno degli obiettivi principali dei dispositivi quantistici, sia quelli basati su qubit che sui fotoni, è quello di superare le prestazioni dei sistemi classici, dei computer e dei supercomputer attualmente sul mercato, creando un vantaggio quantistico o una sovraperformance.

Ma finora solo una manciata di esperimenti ha riportato questo risultato, specialmente in quei modelli basati su qubit quantistici – con la controversia coinvolta, quando Google ha affermato nel 2019 di aver raggiunto la supremazia quantistica, cosa che IBM ha messo in dubbio.

Ora ciò che è stato pubblicato è dimostrare questa caratteristica in un processore che contiene fotoni e un modo per dimostrarlo si chiama campionamento del bosone, e un fotone è un esempio di bosone, che è una particella elementare.

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Questo campionamento è un calcolo eseguito in un circuito attraverso il quale vengono trasmessi i fotoni, Con una serie di ingressi e uscite, griglia a specchio e lenti fissetra gli altri strumenti ottici quantistici.

Il processo computazionale, infatti, consiste nel determinare il numero di fotoni che, in base ad alcuni parametri, a causa di modifiche avvenute all’interno del circuito, finiscono in una corsia di uscita e non in un’altra.

Foto d'archivio del supercomputer Blue Gene Q durante una presentazione alla stampa all'Ecole Polytechnique Federal de Lausanne (EPFL).  EFE / Jean-Christophe Bout
Foto d’archivio del supercomputer Blue Gene Q durante una presentazione alla stampa all’Ecole Polytechnique Federal de Lausanne (EPFL). EFE / Jean-Christophe Bout

Vale a dire, il circuito, come spiega il ricercatore Carlos Sabin, del Dipartimento di Fisica Teorica dell’Università Autonoma di Madrid, consiste in una serie di trasformazioni che verranno eseguite su tutto ciò che vi entra.

Tali transizioni possono essere causate, ad esempio, da divisori di fascio – uno strumento che divide in due un raggio di luce – causando una certa probabilità che i fotoni cambino percorso nel circuito, provocandone la ridistribuzione all’uscita.

Sembra sciocco, dice Sabine – che non è stata coinvolta in questo studio, ma non lo è; Anni fa, eseguire questo calcolo, sapendo quanti fotoni ci sono in un determinato percorso di output, si è rapidamente rivelato impossibile sui computer convenzionali.

Cioè, esiste una soglia di fotoni al di sopra della quale i computer classici non possono eseguire il calcolo in un tempo ragionevole.

Questo ricercatore riassume per Efe: “Se i parametri del circuito sono scelti a caso e da un certo numero di particelle e corsie di input e output, calcolare le probabilità rispetto all’output è quasi difficile per un computer convenzionale”.

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Nello studio Nature, il team ha ottenuto il più grande campionamento del bosone fino ad oggi, con 216 percorsi (125 fotoni in media) e contando in un tempo record: 0,000036 secondi.

Sebbene queste affermazioni siano talvolta contestate con il senno di poi (potrebbero esserci metodi di calcolo informatico classici migliori di quanto suppongono gli autori), questi numeri vanno oltre i precedenti esperimenti di campionamento di bosoni e gli esperimenti di supremazia quantistica con i qubit. I superconduttori quantistici di Google”, afferma Sabin.

Il fisico riassume: “I risultati devono essere inquadrati nella corsa per dimostrare la supremazia quantistica”, il quale sottolinea che il sistema può essere facilmente programmato per generare determinati stati “è noto che è possibile implementare il calcolo quantistico completo”.

Questo – aggiunge – risponderà alle critiche più comuni al campionamento del boso “per il quale è noto che è possibile eseguire il calcolo quantistico universale”: la sua impraticabilità oltre a dimostrare la superiorità quantitativa.

(Con informazioni da EFE)

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