Computer quantistico: due ricerche sulle tecnologie del futuro

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Alcuni ricercatori della Sapienza hanno messo a punto, in parallelo con l'Università di Bristol, un sistema per testare il corretto funzionamento dei futuri pc quantistici e certificarne le potenzialità.

Il mondo moderno si basa sempre più sulla nostra capacità di gestire, trasmettere e processare informazioni, ma le attuali tecnologie informatiche si stanno ormai avvicinando ai loro limiti fondamentali.

Nei laboratori di ricerca si stanno sviluppando le tecnologie del futuro, tra la più promettenti c’è la tecnologia dell’informazione quantistica, che sfrutta le sorprendenti proprietà del mondo quantistico che governa gli atomi e le particelle elementari per eseguire operazioni impossibili secondo le leggi della fisica classica.

La promessa del computer quantistico è quella di risolvere problemi che i computer classici non possono trattare: sfruttando le leggi della meccanica quantistica, i computer del futuro promettono di rivoluzionare il mondo dei calcolatori elettronici, fornendo nuovi strumenti per effettuare simulazioni molto più potenti rispetto a quelle attuali.

Ma non tutte le macchine realizzate con tecnologie quantistiche sono in grado di mantenere fede a questa promessa. Per questo motivo la comunità scientifica internazionale si è posta il problema di testare il corretto funzionamento di questi simulatori e di certificare la superiorità delle loro prestazioni rispetto a quelle dei computer tradizionali.

Un contributo fondamentale è arrivato da due diverse ricerche pubblicate contemporaneamente sulla rivista Nature Photonics: la prima è quella coordinata dal fisico della Sapienza Fabio Sciarrino in collaborazione con l'Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Cnr, e l'Universidad Federal Fluminense in Brasile; la seconda è la ricerca diretta da Anthony Laing dell'Università di Bristol. Partendo dalla tesi che un computer classico non è in grado di riprodurre i risultati di un computer quantistico, i ricercatori hanno escluso di poter ricorrere agli strumenti tradizionali, per stabilire in modo efficiente e sicuro la correttezza di un calcolo specifico.

Per fare questo i ricercatori hanno usato per i loro esperimenti un simulatore quantistico semplice, assumendo come modello computazionale di riferimento il Boson sampling, un particolare algoritmo, già oggetto di studio nel 2010 che dimostrava come mentre i più potenti computer classici non sono in grado eseguire il Boson Sampling, un simulatore quantistico riesce a risolvere questo algoritmo.

I due gruppi di ricerca hanno realizzato dei sistemi quantistici semplici in grado di risolvere correttamente il Boson Sampling con l'obiettivo di mettere a punto tecniche e strumenti di verifica in grado di certificare anche i calcolatori quantistici più complessi.

"Non solo il Boson Sampling non è riproducibile con la tecnologia convenzionale, ma i suoi risultati non possono essere verificati dai computer classici, o con altri metodi noti"spiega Fabio Sciarrino. "Abbiamo dimostrato come misurare alcune proprietà del Boson Sampling e come fornire prove sperimentali per dimostrarne il corretto funzionamento. I nostri risultati sperimentali aprono la strada alla certificazione del comportamento di sistemi quantistici complessi".

Arturo Carlino

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