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Le caratteristiche e come funziona il computer quantistico

In questo articolo ti spiegheremo quali sono le caratteristiche del computer quantistico, tutte le applicazioni possibili e come funziona. Scopri di più.

I computer quantistici sono una delle novità più interessanti degli ultimi anni: dispositivi più veloci, efficienti e funzionali che sfruttano il connubio tra la fisica quantistica e l’informatica per risolvere in breve tempo problemi molto complessi. Nello specifico, la curiosità per questi device super tecnologici è in rapida crescita in seguito alla presentazione di Sycamore, il computer quantistico di Google che, in un esperimento coordinato da Google e condotto da Nasa, Caltech (California Institute of Technology) e Università Tecnica di Aquisgrana (Aachen, Germania), ha risolto in poco più di 3 minuti un’operazione per la quale un computer tradizionale averebbe impiegato circa 10.000 anni.

Ad oggi, il mondo dell’informatica quantistica è in rapida evoluzione ma molti suoi aspetti, soprattutto riguardo le sue possibili applicazioni, sono ancora in discussione e, di fatto, ancora di difficile comprensione per i non addetti ai lavori. Cerchiamo quindi di capire che cos’è un computer quantistico, come funziona e quali possono essere le sue applicazioni pratiche.

Che cos’è e come funziona un computer quantistico

Il computer quantistico è un dispositivo dotato di una capacità di elaborazione dati e una potenza di calcolo di gran lunga superiore rispetto a quella di qualunque altro computer classico: in questi ultimi, infatti, alcuni aspetti “fisici”, come ad esempio l’architettura hardware utilizzata, limitano la complessità dei problemi risolvibili.

Il computer quantistico, invece, sfrutta le leggi della fisica e della meccanica quantistica sostituendo il “classico” bit, l’unità minima di informazione di un processore convenzionale, con il qubit (quantum bit), particelle subatomiche come fotoni o elettroni capaci di immagazzinare molte più informazioni.

Infatti, mentre il bit digitale è un’entità binaria che può assumere i valori 0 e 1 a seconda del passaggio o meno di corrente, il qubit può rappresentare entrambi gli stati anche contemporaneamente (sia 0 che 1), i quali possono oltretutto influenzarsi a vicenda anche se non fisicamente connessi; il qubit è quindi un’unità fondamentale capace di svolgere i calcoli in contemporanea grazie alla sovrapposizione di stati quantistici.

Le possibili applicazioni del computer quantistico

Come già detto, il computer quantistico è in grado di processare nello stesso momento più soluzioni ad un singolo problema attraverso il calcolo parallelo; e, se è vero che ad oggi la maggior parte delle possibilità di questi device sono ancora tutte da scoprire, è anche vero che i ricercatori del settore stanno cercando di identificare gli aspetti pratici più interessanti da progettare ed implementare nella vita reale.

Ad esempio, il Gruppo Volkswagen ha dato vita, in collaborazione con Google, ad un progetto pilota per l’ottimizzazione real-time dei flussi di traffico, sfruttando la potenza dei computer quantistici di Google. Allo stesso tempo, il quantum computing potrebbe essere efficacemente utilizzato a livello pratico nella crittografia (cybersecurity), nelle previsioni meteorologiche e nella realizzazione di nuovi materiali.

Nonostante i risultati raggiunti nel campo dell’informatica quantistica, è decisamente ancora troppo presto per immaginare tutte le possibili applicazioni dei computer quantistici; lo stesso Sycamore, il computer quantistico di Google, ha risolto un problema matematico di interesse puramente accademico, senza alcun risvolto pratico. Non rimane quindi che attendere, continuando a seguire le ricerche e il lavoro dei professionisti che renderanno (prima o poi) i computer quantistici una realtà pratica.

Il computer quantistico Quby

È stato presentato recentemente Quby, il computer quantistico costruito dalla startup Active Cypher capace di ridurre i tempi per condurre un attacco brute force, anche nel caso siano presenti algoritmi crittografici come AES-256. Quby (il cui nome deriva da qubit) è in grado di craccare in pochi secondi qualunque tipo di credenziale d’accesso conservata in forma crittografata servendosi di algoritmi quantistici aperti.

Mike Quinn, Chief Strategy Officer di Active Cypher, ha affermato che “la potenza di Quby mette in evidenza le vulnerabilità intrinseche della maggior parte delle infrastrutture di sicurezza IT. I vantaggi del calcolo quantistico saranno senza dubbio numerosi (…) ma sarebbe da incoscienti non rendersi conto dei pericoli che una tale tecnologia può introdurre nel caso in cui cadesse nelle mani di soggetti malintenzionati”.

Computer quantistici e intelligenza artificiale

I computer quantistici potrebbero essere in grado di risolvere compiti molto complessi, ben oltre le capacità dei supercomputer tradizionali, ma gli stati quantistici sono estremamente sensibili alle interferenze che provengono dall’ambiente esterno, come vibrazioni e temperatura.

Per proteggere i computer quantistici da questo problema sono quindi state escogitate diverse strategie complesse per la correzione degli errori; tra queste, risulta particolarmente affascinante quella di Florian Marquardt, direttore del “Max Planck Institute for the Science of Light”, e del suo gruppo di lavoro, che hanno presentato un sistema per la correzione degli errori in grado di imparare utilizzando tecniche di intelligenza artificiale.

Questo sistema si basa sulle capacità delle reti neurali artificiali, programmi in grado di imitare il comportamento interconnesso dei neuroni del cervello umano, e sulla possibilità che, con un training sufficiente, queste reti possano imparare un compito fondamentale per la il futuro dei computer quantistici, la quantum error correction, superando di fatto le altre strategie di correzione dell’errore quantistico.

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