Contenuto

• A cosa servono i computer quantistici
• Cosa significa supremazia quantistica per sicurezza?
• Domande sulle affermazioni sulla supremazia quantistica di Google

La scorsa settimana, i ricercatori di Google hanno affermato di aver raggiunto la "supremazia quantistica", secondo un articolo del Financial Times. Il documento di Google è stato brevemente pubblicato su un sito Web della NASA prima di essere rimosso. In esso, i ricercatori affermano di aver superato il più potente supercomputer classico di oggi - chiamato Summit - con il proprio computer quantistico.

Questo è ciò che è noto come supremazia quantistica - in altre parole, quando un computer quantistico si dimostra più veloce in un determinato compito rispetto a un computer classico. Secondo l'articolo, il sistema Sicomoro da 53 qubit di Google è in grado di completare questo calcolo specifico in tre minuti e 20 secondi. Il supercomputer Summit impiegherebbe circa 10.000 anni per completare la stessa funzione.

Il raggiungimento della supremazia quantistica era stato inizialmente previsto per la fine del 2017. Tuttavia, il computer Bristlecone a 72 qubit di Google (nella foto sopra) si è rivelato troppo difficile da controllare con sufficiente precisione. Invece, la svolta arriva dal più piccolo sistema Sycamore da 53 qubit.

A cosa servono i computer quantistici

A differenza dei computer tradizionali che operano su bit di 1 o 0, i computer quantistici usano "qubit" per memorizzare i valori. Un qubit, o bit quantico, è un sistema quantico-meccanico a due stati. Ha la proprietà misteriosa di essere in grado di contenere contemporaneamente una sovrapposizione di 1 e 0 stati. Tuttavia, questo stato collassa dopo la misurazione.

I computer quantistici sono costruiti con porte hardware simili ai computer classici, con equivalenti di gate NOT e AND usati per funzioni matematiche. Tuttavia, le uscite quantistiche sono intrinsecamente probabilistiche, nel senso che devono essere verificate la precisione e la correzione degli errori. Inoltre, non è possibile dare un'occhiata a un calcolo quantistico a metà strada senza rovinare l'output, a causa della sovrapposizione.

La sovrapposizione e la probabilità sono le chiavi che rendono utili i computer quantistici per determinati compiti matematici. Aumentando il numero di qubit è possibile calcolare milioni di possibilità quasi istantaneamente. Gli utilizzi includono il factoring di numeri enormi, il calcolo delle trasformazioni di Fourier e la risoluzione di equazioni lineari. I computer quantistici, per natura, sono molto specializzati. In realtà non sono utili per molti dei calcoli di base che i nostri computer portatili eseguono ogni giorno.

Cosa significa supremazia quantistica per sicurezza?

Per quanto strano possa sembrare il computer quantistico, hanno alcune applicazioni molto interessanti in alcune aree dell'informatica, in particolare quelle che coinvolgono ripetute e complesse operazioni matematiche come meteorologia, chimica e fisica dei modelli e crittografia.

Quest'ultimo spaventa spesso le persone. I computer quantistici possono attraversare così tante permutazioni matematiche contemporaneamente e, in teoria, impiegare una frazione del tempo necessario ai computer attuali per infrangere gli standard di crittografia comuni. Solo giorni o ore anziché più vite. Nuovi protocolli crittografici potrebbero un giorno essere necessari per informazioni molto sensibili per prevenire il cracking da parte dei computer quantistici.

Gli standard di crittografia dovranno migliorare sulla scia dei computer quantistici commerciali.

Allo stesso modo, algoritmi simili vengono utilizzati nell'attuale mercato delle criptovalute per proteggere i portafogli e verificare la legittimità delle transazioni. Non c'è alcun segno che anche il computer di Google sia abbastanza in grado di decifrare questi tipi di crittografia. Tuttavia, la minaccia della crescita esponenziale della potenza di calcolo quantistica rende questa possibilità distinta nei prossimi anni.

Fortunatamente, i computer quantistici sono ancora molto lontani dall'essere commercialmente fattibili. Sono ancora in fase di sviluppo e hanno molte più probabilità di essere utilizzati per la ricerca rispetto alla violazione delle password pubbliche. In entrambi i casi, gli standard di crittografia dovranno migliorare per scoraggiare e prevenire la fattibilità del cracking nel prossimo futuro.

Domande sulle affermazioni sulla supremazia quantistica di Google

Mentre Google afferma la supremazia quantistica come una svolta importante, alcuni dei suoi rivali sono meno convinti dei meriti del risultato. Il termine "supremazia quantistica" suggerisce che i computer quantistici sono ora più potenti e utili dei computer classici, ma questa è certamente un'affermazione controversa.

Dario Gil, responsabile della ricerca presso IBM (uno dei maggiori rivali nello spazio di calcolo quantistico), ha definito le affermazioni di Google "semplicemente sbagliate". Gil osserva che la ricerca è solo "un esperimento di laboratorio progettato essenzialmente - e quasi certamente esclusivamente - per implementarne uno procedura di campionamento quantistico molto specifica senza applicazioni pratiche. ”In altre parole, la ricerca di Google si concentra su un tipo molto ristretto di elaborazione che rivela poco sulle più ampie capacità del computer.

Supremazia quantistica - quando un computer quantistico supera un computer classico per un determinato compito.

Tuttavia, Chad Rigetti, un ex dirigente di IBM, ha definito l'annuncio un "grande momento per l'uomo e per la scienza". Daniel Lidar, professore di ingegneria all'Università della California del Sud, ha notato la portata della svolta di Google. La società ha ridotto le interferenze di qubit, note come "crosstalk", riducendo notevolmente il tasso di errore del computer rispetto al suo concorrente.

L'implicazione è che Google sarà ora in grado di aumentare le dimensioni dei suoi computer quantistici grazie a risultati di errore inferiori. Più qubit con basso errore aumenteranno esponenzialmente la potenza di elaborazione dei computer quantistici, rendendoli molto più praticabili per la risoluzione di problemi complessi. Tuttavia, c'è ancora molto lavoro da fare anche sulla programmabilità.

In definitiva, i computer quantistici sono utili solo per una serie limitata di attività. Sono costosi da costruire, eseguire e programmare. Questa complessità significa che è probabile che vengano usati sempre con parsimonia per compiti molto specifici. Tuttavia, ciò non diminuisce la pietra miliare della supremazia quantistica di Google e il fatto che il calcolo quantistico sembra sempre più praticabile ogni anno.