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Realizzato in Australia un calcolatore quantistico

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Un esperimento recentemente condotto in stretta collaborazione tra l’Università australiana del Queensland e l’Università di Harvard, il primo nel suo genere ad applicare il calcolo quantistico alla chimica per predire l’andamento delle reazioni molecolari,  potrebbe avere applicazioni ad oggi inimmaginabili per tutta la scienza moderna.

Per sottolineare l’importanza del progetto uno dei suoi co-autori, il Professor Andrew White della Facoltà di fisica dell’Università del Queensland, ha affermato che l’esistenza stessa del calcolo quantistico, ormai una realtà vista la possibilità dimostrata dall’esperimento di realizzare calcolatori quantistici,  può portare ad affermare che la tesi di Church e Turing su cui si fonda l’informatica come la conosciamo oggi (“se un problema è intuitivamente calcolabile poiché riducibile ad una serie finita di passi elementari, allora esisterà una macchina di Turing – o un dispositivo ad essa equivalente, come un computer- in grado di risolverlo”) è -in qualche modo- difettosa, perché essa assume che il potere computazionale della macchina di Turing sia il massimo ottenibile: e invece non è così.

Quello “assemblato” dal team di cui fa parte il professor White  è un “semplice” computer quantistico che utilizza solo due qubit (quantum bit vedremo più avanti di cosa si tratta). Con sole 20 misurazioni quantistiche è stato in grado di ottenere con estrema esattezza l’energia dell’idrogeno molecolare. Si pensi però che basterebbero solo poche centinaia di qubit per costruire un computer quantistico in grado di sorpassare agevolmente la somma delle capacità di calcolo di tutti i computer tradizionali presenti sulla faccia della terra.

Le possibili applicazioni del calcolo quantistico sono praticamente infinite;  White afferma che oltre a poter essere brillantemente utilizzato per poter predire il risultato di una qualunque reazione chimica con assoluta certezza (a differenza di quanto avviene oggi nelle simulazioni al computer che contengono sempre un certo margine di approssimazione proprio per la complessità dei calcoli in gioco) il calcolo quantistico potrebbe essere proficuamente impiegato nella crittografia e in tutti i campi in cui sono necessarie grandissime capacità computazionali, come ad esempio la scienza dei materiali.

Analizziamo ora più nel dettaglio il motivo per il quale i computer quantistici sono potenzialmente così rivoluzionari.
Piuttosto che utilizzare bit binari che possono assumere solo il valore zero o solo il valore uno come accade nei moderni computer convenzionali,  il calcolatore quantistico si serve dei qubit, grandezze vettoriali che possono assumere sia stati assimilabili a zero o ad uno sia tutti gli stati ottenibili per combinazione lineare di questi primi due utilizzando il principio di sovrapposizione. Quando un computer quantistico viene messo a lavoro per risolvere un problema esso riesce a considerare tutte le risposte possibili analizzando contemporaneamente tutte le possibili combinazioni lineari degli stati zero e uno date dai suoi qubit. Dal momento che una sequenza di qubit può rappresentare molti numeri diversi, un computer quantistico fa molti meno calcoli di un computer tradizionale per risolvere lo stesso problema. Perciò un computer quantistico risulta essere molto più efficiente di uno tradizionale, che invece deve per forza di cose arrendersi a peggiorare esponenzialmente i tempi di calcolo quando il numero delle grandezze in gioco diventa troppo grande da manipolare. Nello specifico delle simulazioni chimiche ad esempio se si considerano più di quattro o cinque atomi (ad esempio in una reazione o nella costruzione di una molecola moderatamente complessa) il problema diventa rapidamente molto difficile  -quando non impossibile-  da affrontare usando strumenti convenzionali.

Non si tratta di fantascienza, e l’esperimento condotto in Australia lo dimostra: siamo di fronte ad una sostanziosa rivoluzione della moderna computer science grazie alla quale, ce lo auguriamo,  già i nostri figli potranno affidarsi a una scienza finalmente senza approssimazioni.

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