2008, l'anno del computer quantistico

D-Wave Systems annuncia che il suo primo elaboratore quantistico sarà immesso sul mercato nel corso di quell'anno. Un enorme passo avanti? Tutti i particolari

2008, l'anno del computer quantisticoRoma - La start-up canadese D-Wave Systems, che ha ricevuto cospicui finanziamenti per lo sviluppo di un elaboratore quantistico, ha annunciato che il primo modello commerciale sarà pronto per il 2008.

Un elaboratore quantistico è un elaboratore in cui il valore 0 o 1 di un bit è codificato in una proprietà di una particella elementare detta in questo caso qubit. Effettuando delle trasformazioni sulle particelle elementari, ad esempio sottoponendole ad opportuni campi elettro-magnetici, se ne modificano le proprietà e quindi il valore del qubit, realizzando così delle operazioni di calcolo.

Il punto principale è che le particelle elementari non soddisfano le leggi della fisica macroscopica a cui siamo abituati nella vita di tutti i giorni, ma soddisfano le leggi della Meccanica Quantistica, teoria sviluppata dai fisici a partire dagli anni '30 per descrivere il mondo sub-atomico. Le leggi della Meccanica Quantistica sono notevolmente diverse da quelle delle fisica macroscopica, e spesso contro-intuitive.
Ad esempio non è possibile fare una copia esatta di una particella sconosciuta, ovvero le fotocopiatrici quantistiche non esistono; ed anche non è possibile misurare una proprietà di una particella senza perturbarla.
Se da un lato le particelle elementari sono molto difficili da maneggiare, sia per le loro dimensioni che per le leggi della Meccanica Quantistica, dall'altro grazie proprio alla Meccanica Quantistica è possibile utilizzarle per fare delle cose altrimenti impossibili.

Ad esempio, per gli elaboratori quantistici esiste l'algoritmo di Shor per fattorizzare velocemente il prodotto di due numeri primi grandi. Questo problema matematico è alla base della sicurezza dell'algoritmo RSA e di altri algoritmi crittografici Asimmetrici, ed è quindi fondamentale per la sicurezza dei certificati digitali e della maggior parte dei protocolli di sicurezza informatica odierni. L'avvento di un elaboratore quantistico in grado di implementare l'algoritmo di Shor comporterebbe la fine della sicurezza garantita oggi da questi algoritmi. L'altro principale algoritmo quantistico è l'algoritmo di Grover, che permette di effettuare velocemente ricerche in spazi non strutturati.

Ad oggi il più grande prototipo di elaboratore quantistico è stato costruito nei laboratori Almaden Research Center di IBM nel 2001. Era un elaboratore quantistico a 7 qubit ed è stato in grado di fattorizzare il numero 15 in 3 per 5. Questo elaboratore quantistico era formato da una molecola con 7 spin nucleari che rappresentavano i 7 qubit. Le operazioni venivano effettuate utilizzando impulsi in radio frequenza, mentre i risultati sui 7 spin nucleari venivano letti con tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR) simili a quelle adottate negli ospedali e laboratori chimici.

Uno dei principali problemi degli elaboratori quantistici è quello della "de-coerenza". Ovvero le particelle elementari utilizzate come qubit possono interagire con le particelle del mondo circostante e trasformarsi in modo praticamente casuale. Questo ovviamente porterebbe a risultati praticamente casuali per i calcoli.

Per superare questo problema è stato proposto di utilizzare dei sistemi a superconduttori, in pratica speciali circuiti a temperature vicine allo zero assoluto. Usando in maniera particolare delle "giunzioni Josephson", è possibile creare degli stati quantistici che possono essere usati come qubit. Applicando dei micro-voltaggi si possono effettuare delle operazioni i cui risultati si possono leggere nelle modifiche dei campi magnetici generati dalle giunzioni.

D-Wave Systems sta costruendo un prototipo di elaboratore quantistico a superconduttori, alla temperatura di -269 gradi, che dovrebbe essere pronto per la fine del 2006. La versione commerciale dovrebbe invece essere pronta entro il 2008. Secondo D-Wave Systems questo elaboratore quantistico non sarà in grado di implementare l'algoritmo di Shor per fattorizzare il prodotto di numeri primi, ma sarà in grado di risolvere problemi solubili con l'algoritmo di Grover, quali alcune equazioni particolarmente complesse nella fisica delle particelle elementari o delle interazioni molecolari, ed il famoso problema del "Commesso Viaggiatore" che ha moltissime applicazioni pratiche, dalla organizzazione di merci e magazzini ai portafogli finanziari.

D-Wave Systems dichiara sin d'ora che il loro elaboratore quantistico sarà uno strumento "delicato" e che non pensano di venderlo ma di vendere solo il tempo macchina sullo stesso. I clienti effettueranno la maggior parte dell'elaborazione sulle proprie macchine, e richiederanno all'elaboratore quantistico solo di elaborare la parte più complessa del calcolo.

Sino ad oggi si riteneva che fossero necessari almeno una decina di anni prima di poter costruire il primo elaboratore quantistico commerciale. L'annuncio di D-Wave Systems sembrerebbe quindi essere in contraddizione con quanto sostenuto dalla maggior parte degli scienziati e ricercatori.

In realtà, è stato dimostrato nel 1999 che è possibile implementare l'algoritmo di Grover su delle versioni semplificate di elaboratori quantistici. D-Wave Systems vuole appunto sviluppare un elaboratore quantistico di questo tipo che richiede componenti molto più semplici rispetto a quelli utilizzati sinora. Per questo D-Wave Systems ritiene di poter riuscire a commercializzare il primo elaboratore quantistico nel 2008, il che comunque rimane una scommessa da verificare.

Andrea Pasquinucci
108 Commenti alla Notizia 2008, l'anno del computer quantistico
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  • Mai pensato che funzionasse davvero.Sorride
    Ne` funzionera` mai.

    Eh! c'e` la decoerenza! See, decoerenza, non funziona cosi` e basta. Dio non gioca a dadi. Ne` nel 2008 ne` nel 3008.
  • ...ma dopo aver letto questo articolo, di cui non sono riuscito a realizzare il significato di una sola parola...

    ...ora ne ho la certezza!

    Sono ignorante! Occhiolino
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    > ...ma dopo aver letto questo articolo, di cui non
    > sono riuscito a realizzare il significato di una
    > sola parola...
    >
    > ...ora ne ho la certezza!
    >
    > Sono ignorante! Occhiolino
    sapiente è colui che sa di non sapere (Socrate)
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > - Scritto da: Anonimo
    > > ...ma dopo aver letto questo articolo, di cui
    > non
    > > sono riuscito a realizzare il significato di una
    > > sola parola...
    > >
    > > ...ora ne ho la certezza!
    > >
    > > Sono ignorante! Occhiolino
    > sapiente è colui che sa di non sapere (Socrate)

    Quindi chi pensa di non sapere è sapiente e viceversa?Sorride
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo

    > Quindi chi pensa di non sapere è sapiente e
    > viceversa?Sorride

    Chi pensa di non sapere in realtà è conscio di non sapere e quindi non sà, ma non è irrecuperabile se lo vuole, mentre chi pensa di sapere in una piccola percentuale c'è la probabilità che potrebbe realmente essere sapiente, ma è molto più probabile che sia semplicemente un ignorante. In genere il vero sapiente non millanta, come il cane grosso non ha bisogno di abbaiare troppo per far paura. Occhiolino
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > - Scritto da: Anonimo
    >
    > > Quindi chi pensa di non sapere è sapiente e
    > > viceversa?Sorride
    >
    > Chi pensa di non sapere in realtà è conscio di
    > non sapere e quindi non sà, ma non è
    > irrecuperabile se lo vuole, mentre chi pensa di
    > sapere in una piccola percentuale c'è la
    > probabilità che potrebbe realmente essere
    > sapiente, ma è molto più probabile che sia
    > semplicemente un ignorante. In genere il vero
    > sapiente non millanta, come il cane grosso non ha
    > bisogno di abbaiare troppo per far paura. Occhiolino

    più fatti e meno pugnette ragassi...
    non+autenticato
  • Sulla scatola ci sarà scritto: data la natura quantistica del sistema, Microsoft Windows QE potrà *anche* funzionare.

    Ad ogni modo, a me pare che anche gli attuali Windows implementino un pò di logica quantistica. Fanno un pò di cose a caso....dati che spariscono e riappaiono all'improvviso, errori random, blocchi improvvisi...

    Come si sa... la M$ è sempre avanti!!!
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    > Sulla scatola ci sarà scritto: data la natura
    > quantistica del sistema, Microsoft Windows QE
    > potrà *anche* funzionare.
    >
    > Ad ogni modo, a me pare che anche gli attuali
    > Windows implementino un pò di logica quantistica.
    > Fanno un pò di cose a caso....dati che spariscono
    > e riappaiono all'improvviso, errori random,
    > blocchi improvvisi...
    >
    > Come si sa... la M$ è sempre avanti!!!

    Io direi che Linzozz è su questa strada. 1000 distro inutili, sempre instabile, eterni problemi di riconoscimento HW, sempre da ricompilare anche per cliccare un pulsante del mouse, assolutamente non user friendly, non scalabile, architettura vecchia, non esiste uno standard e voi l' osannate.
    Ma sapete perchè? Perchè non spendete un euro, lameroni dei miei stivali.
    E graze all' Open Source che l' IBM sta licenziando il personale. Collega il cervello prima di parlare, grazie.
    non+autenticato
  • Cosa ti ha fatto di male l'Open source?

  • - Scritto da: puntomediatico
    > Cosa ti ha fatto di male l'Open source?

    Recessione
    non+autenticato
  • > > Cosa ti ha fatto di male l'Open source?
    >
    > Recessione

    Ogni innovazione (*) comporta recessione, perché in genere permette a poche persone di fare in poco tempo quello che prima più persone facevano in più tempo. Ergo, meno lavoro e meno posti di lavoro, dal punto di vista del lavoratore.

    Dal punto di vista del consumatore, un prodotto uguale o migliore a costo minore.

    Ma fa così paura la prospettiva di non avere lavoro? In un certo senso sì. L'economia moderna è basata sullo scambio di lavoro per denaro, se non lavori non hai soldi per comprare prodotti.
    Secondo me (ma ammetto che così sui due piedi non è facile neppure concepirlo) occorrerebbe adottare un sistema economico che permetta di lavorare poco e a tratti senza drammi - mi riferisco al fatto che per come sono impostate le regole dell'economia, dell'impresa e del lavoro, conviene assumere e oberare di lavoro un numero ristretto di persone piuttosto che distribuire i compiti fra più lavoratori. Conviene assumere uno che lavori dieci ore al giorno piuttosto di due che lavorino cinque. Dopo tutto, se l'innovazione permette di abbassare i costi, i prodotti dovrebbero costare di meno e anche lavorando di meno uno dovrebbe permetterseli: invece non è così, le industrie approfittano del calo dei costi di produzione per aumentare il guadagno.


    (*) Assumiamo di parlare di innovazioni che comportano un miglioramento del prodotto (perché ci sono anche innovazioni che comportano peggioramenti, e in genere ogni innovazione comporta entrambi. Ad esempio un motore odierno è più potente e consuma di meno di un motore degli anni Quaranta, che però era più semplice, meno esigente e potevi ripararlo da te).


  • >
    > Ogni innovazione (*) comporta recessione, perché
    > in genere permette a poche persone di fare in
    > poco tempo quello che prima più persone facevano
    > in più tempo. Ergo, meno lavoro e meno posti di
    > lavoro, dal punto di vista del lavoratore.
    >
    > Dal punto di vista del consumatore, un prodotto
    > uguale o migliore a costo minore.
    >
    > Ma fa così paura la prospettiva di non avere
    > lavoro? In un certo senso sì. L'economia moderna
    > è basata sullo scambio di lavoro per denaro, se
    > non lavori non hai soldi per comprare prodotti.
    > Secondo me (ma ammetto che così sui due piedi non
    > è facile neppure concepirlo) occorrerebbe
    > adottare un sistema economico che permetta di
    > lavorare poco e a tratti senza drammi - mi
    > riferisco al fatto che per come sono impostate le
    > regole dell'economia, dell'impresa e del lavoro,
    > conviene assumere e oberare di lavoro un numero
    > ristretto di persone piuttosto che distribuire i
    > compiti fra più lavoratori. Conviene assumere uno
    > che lavori dieci ore al giorno piuttosto di due
    > che lavorino cinque. Dopo tutto, se l'innovazione
    > permette di abbassare i costi, i prodotti
    > dovrebbero costare di meno e anche lavorando di
    > meno uno dovrebbe permetterseli: invece non è
    > così, le industrie approfittano del calo dei
    > costi di produzione per aumentare il guadagno.
    >
    >

    Oh che bello .... un bel discorso politico, dal quanto a Windows , a Linux attraverso i troll .. sempre così su PI ... che sia veramente un covo di pericolosi sovversivi ?Sorride

    Comunque il sistema mondiale attuale è il sistema capitalista. Questo implica che il 90% della popolazione umana sia mantenuta ad uno stato limite di sopravvivenza per essere sfruttata dal rimanente 10% che passa da uno stato di media ricchezza ad uno stato di veramente ricco, scopo finale ... lo stesso della Spectre ... il dominio del mondo.

    Se non ti va bene puoi sempre emigrare su qualche altro pianeta ... io mi sto organizzando per il sistema Vega, l'unica cosa che mi manca è tirare il cavo per l'ADSL, ma mi dicono che tra un paio di anni il cablaggio arriverà fin la (due mesi prima che in Abruzzo).





    non+autenticato
  • > Oh che bello .... un bel discorso politico

    Non è un discorso politico ma economico. Immagina che esistano dei robot che fanno qualsiasi lavoro che tu possa fare altrettanto bene a un ventesimo del costo (al momento tali robot non sono ancora stati inventati ma ne esiste una versione approssimata chiamata cinesi).
    Se l'impresa dove lavori compra questi robot per sostituirli ai più costosi umani, l'impresa continua a produrre e tu sei senza lavoro. Se tutte le imprese fanno così, un gran numero di persone resta senza lavoro e non può pagare i prodotti che pure le imprese potrebbero fabbricare con i robot. Al massimo può succedere che grazie ai robot il prezzo dei prodotti scenda per venire incontro al mercato formato da chi, pur essendo rimasto senza lavoro, riesce ad arrangiarsi con dei lavoretti. All'impresa può ancora convenire, ma venderà comunque meno di prima e guadagnerà di meno; e resta comunque un impoverimento generale. In una parola, recessione.

    Se i lavoratori formano delle cooperative o delle società e acquistano essi stessi i robot, il lavoro passa ai robot ma il guadagno resta ai lavoratori, divenuti controllori di robot e concorrenti dell'impresa che li avrebbe licenziati. In ogni caso, poiché ora a produrre ci sono i robot, il costo dei prodotti deve scendere e l'intero sistema dei prezzi deve adeguarsi a questo cambiamento. Il risultato somiglia a una recessione, ma si tratta solo di un'economia che consuma di meno.

    Più o meno, l'open source segue una strada simile - nel software dove ciò è possibile - i mezzi di produzione di proprietà dei lavoratori. In questo caso i mezzi in questione sono il sistema operativo e gli applicativi che permettono di fornire servizi (ad esempio, PHP che permette di realizzare siti dinamici che forniscono servizi automatizzati) e il guadagno si sposta dalla vendita del software alla vendita dei servizi.

    Se il modello si estendesse a tutta la produzione, il risultato sarebbe un'economia in cui si guadagna di meno ma si spende anche di meno per avere più o meno le stesse cose, forse con qualche eccesso consumistico in meno: la si può anche definire recessione, ma non si tratta di un impoverimento.
    Se invece, come accade, il mutamento interessa il solo settore del software, i produttori di software restano penalizzati mentre il resto del mondo ci guadagna. Come l'introduzione delle macchine nelle filande dell'800 che lasciò senza lavoro i filatori. Certo non è piacevole per chi produce o vende software, ma la regola per cui il mercato è fatto di cambiamenti che bisogna scorgere per adattarvisi non l'ho fatta io.

    ==================================
    Modificato dall'autore il 26/06/2005 23.53.10

  • - Scritto da: Anonimo
    >
    > - Scritto da: puntomediatico
    > > Cosa ti ha fatto di male l'Open source?
    >
    > Recessione

    immagino che tu sia contro alla rivoluzione industriale del 1800 dato che l'invenzione delle macchine ha tolto il lavoro ad un sacco di artigiani.....
    non+autenticato

  • - Scritto da: Anonimo
    > ecco la pagina del corso per chi è interessato
    > http://www.di.unipi.it/~dipierro/Didattica/QuantCo
    >
    Interessante. Lo leggerò.Sorride
    non+autenticato
  • Analogic Computer
    In teoria, un computer in grado di risolvere problemi di complessità infinita, infinitamente più potente (sempre in teoria) di un computer digitale, limitato in ogni sua funzione dagli stati finiti delle "cose" (comunemente, stati elettronici misurabili nei circuiti, aka bit) di cui dispone.
    Sappiamo tutti come è finita, gli ac erano un bel sogno degli albori dell'informatica ed oggi usiamo computer digitali perchè non si sono trovati modi efficienti di abbattere il rumore dei segnali analogici al punto tale da accedere alla definizione teoricamente (quasi) infinita del segnale, rimanendo su livelli di utilizzabilità enormemente infriori dei computer digitali.

    La fisica quantistica ci apre nuove strade per costruire macchine teoricamente valide ma solo il futuro ci saprà dire se lo saranno abbastanza da superare i limiti tecnologici di quelle attuali, se ci faranno buttare via hw e sw di oggi, se saranno semplicemente un qualcosa in più da integrare per alcuni scopi settoriali oppure se saranno un flop colossale.
    Poi consideriamo anche che la matematica non è una opinione e un problema non parallelizzabile resterà tale per cui potere sviluppare in parallelo su infiniti "universi virtuali" lo stesso problema significherà sempre risolverlo nello stesso tempo.

    Una altra applicazione teorica interessante sarebbe nel bruteforcing, provare tutte le chiavi contemporaneamente sarebbe molto utile (anche se con i keyspace di oggi servirebbero macchine quantistiche con veramente una infinità di stati paralleli!) ma non si potrebbe comunque risolvere il problema di collisioni di chiavi diverse che danno origine a diversi messaggi sensati, aka per estremizzare il concetto pensiamo di cercare di decodificare un one time pad fatto a partire da un true-rng (es un banale misuratore di rumore di fondo che viene xorato al messaggio, due righe di codice) su un messaggio lungo n darà sempre come equiprobabili tutti i messaggi di n bit (compreso il messaggio iniziale!) e quindi la risoluzione immediata del problema porterebbe solo a tutte le possibili soluzioni senza indicare di una virgola quale può essere quella buona!
    non+autenticato
  • quanto mi manca il liceo quando basandosi su matematica fisica e filosofia si scrivevano enormi coerentissime cazzate....
    ciao bello, e fuma di meno
    non+autenticato
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