No, non siamo ancora all'Elaboratore Quantistico

di Andrea Pasquinucci - L'elaboratore presentato da D-Wave Systems nel cuore della Silicon Valley promette risultati senza precedenti ed è l'inizio di un percorso ancora lungo, irto di ostacoli. Ma l'interesse è alle stelle, ecco perché

Roma - Un anno e mezzo fa su Punto Informatico scrivemmo della scommessa di D-Wave Systems: presentare entro la fine del 2006 il primo prototipo del proprio Elaboratore Quantistico ed entro il 2008 la prima versione completa. Con solo un mese e mezzo di ritardo sulla prima scadenza, il 13 febbraio D-Wave ha presentato al pubblico il suo prototipo.

Possiamo dire che D-Wave ha vinto la scommessa? Non è chiaro, ma di sicuro hanno avuto molto coraggio, come risulterà evidente da quanto segue.

Prima di tutto, il luogo scelto da D-Wave per mostrare al pubblico per la prima volta "Orion", il nome in codice del prototipo, è il Museo di Storia dei Computer in Silicon Valley, ovvero nel cuore della tana del lupo. A prima vista questa scelta potrebbe sembrare una sfida all'industria consolidata dell'informatica, proponendo un nuovo elaboratore che potrebbe, in teoria, rendere obsoleto tutto quanto viene fatto dall'industria attuale.
In realtà la scelta del luogo e del formato dell'evento, una dimostrazione durata quasi 2 ore alla presenza di quasi 400 persone, la franchezza ed onestà che i presenti hanno riconosciuto al CEO Herb Martin ed al CTO Geordie Rose, potrebbero avere lo scopo parzialmente dichiarato di trovare alleati, sostenitori e potenziali clienti in grado di aiutare D-Wave a proseguire nel proprio progetto.

Infatti D-Wave è riuscita a passare in due anni da un primissimo prototipo con 2 soli qubit, ad Orion che di qubit ne ha 16. Ma D-Wave ammette che il peggio potrebbe ancora arrivare. Nella dimostrazione effettuata il 13 Febbraio scorso, Orion ha risolto tre problemi: il matching di molecole farmaceutiche, un caso semplice del problema del Commesso Viaggiatore ed un puzzle Sudoku, troppo poco per lasciare una impronta nella storia. Il problema è che 16 qubit sono troppo pochi, ed infatti D-Wave si propone di arrivare a 32 qubit entro la fine dell'anno, 512 qubit all'inizio del 2008 e 1024 qubit alla fine del 2008.

Questo progetto però ha una grave incognita, la "decoerenza". Come avevamo già spiegato in un precedente articolo le particelle elementari utilizzate come qubit rischiano di interagire con le particelle del mondo circostante e trasformarsi in modo praticamente casuale. Questo ovviamente porterebbe a risultati praticamente casuali per i calcoli. D-Wave ammette di non essere sicura di riuscire a mettere insieme più di 16 qubit e mantenerli isolati e controllati come dovrebbero. Se questa paura si rivelasse realtà, Orion rimarrebbe non solo il prototipo ma anche l'ultimo della sua specie.

Ma un dubbio più rilevante è stato sollevato da molti scienziati che si occupano di Elaboratori Quantistici. Come avevamo scritto, D-Wave ha scelto di realizzare il proprio Elaboratore usando dei sistemi a superconduttori a temperature vicine allo zero assoluto. Inoltre la struttura interna dell'elaboratore quantistico di D-Wave segue un modello semplificato introdotto nel 1999 che non è in grado di implementare l'algoritmo di Shor, ma solo quello di Grover. L'algoritmo di Shor è, tra gli algoritmi per elaboratori quantistici, quello più famoso poiché è in grado di fattorizzare il prodotto di numeri primi, con possibili conseguenze sia per la sicurezza informatica (gli algoritmi crittografici asimmetrici quali RSA sono basati su problemi matematici di questo tipo) che per la teoria dei numeri. L'algoritmo di Grover invece permette solamente di risolvere 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.

Il problema con l'implementazione di D-Wave è che non è chiaro se Orion sia veramente un elaboratore quantistico o solamente un elaboratore superconduttore.

La differenza fra questi due tipi di elaboratori è sostanziale: il primo adotta la logica quantistica ed è in grado di fare operazioni in modo impossibile altrimenti, il secondo adotta l'usuale logica digitale ma raggiunge velocità impossibili altrimenti grazie alla superconduttività. D-Wave afferma di avere "compelling evidence" che Orion si comporta come un elaboratore quantistico, e che presto renderà pubbliche queste prove. D'altra parte il dubbio è legittimo in quanto in Orion la componente quantistica è così ridotta che è lecito dubitare se abbia veramente un qualche effetto sull'esecuzione dei calcoli.

In conclusione, la scommessa di D-Wave rimane aperta ed anche se D-Wave la vincesse non è chiaro quali reali conseguenze potrebbe avere. Infatti è ormai abbastanza chiaro cosa potrebbe fare un vero elaboratore quantistico il giorno che questo sarà costruito. Non è invece molto chiaro cosa potrebbe essere in grado di fare l'ibrido che D-Wave sta cercando di costruire, e forse anche per questo D-Wave cerca dei partner che l'affianchino nello sviluppo dell'Elaboratore Quantistico.

In ogni caso rimane l'interesse scientifico e commerciale per la realizzazione di un elaboratore superconduttore, sia che sia quantistico sia che non lo sia.

Andrea Pasquinucci
Ucci.it

A.P. è libero professionista in Sicurezza Informatica, PhD in Fisica Teorica, esperto di crittografia, di sicurezza delle reti e dei sistemi operativi. Socio fondatore e membro del Comitato Direttivo AIPSI, insegna presso l'Università degli Studi di Milano.
Andrea Pasquinucci e collaboratori si occupano di Crittografia Quantistica a livello di ricerca universitaria sin dal 1997 e partecipano tramite l'Università di Pavia al progetto SECOQC.

45 Commenti alla Notizia No, non siamo ancora all'Elaboratore Quantistico
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  • Già morì suicida a causa delle voci sulla sua omosessualità, per favore non storpiatene il nome.

    TURING, si chiamava. ALAN TURING.

    il touring club lasciamolo fuori da qua.
    non+autenticato
  • "Questo ovviamente porterebbe a risultati praticamente casuali per i calcoli": volevi dire "impredicibili"?

    "Possiamo dire che D-Wave ha vinto la scommessa? Non è chiaro, ma di sicuro HANNO avuto molto coraggio": "HANNO" chi? il soggetto, D-Wave, era singolare, nella frase precedente.

    "il 13 Febbraio scorso": i nomi dei mesi si scrivono in minuscolo

    http://it.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Bar/Maiusco...
    http://forum.accademiadellacrusca.it/forum_8/inter...

    "elaboratore superconduttore": cos'è, un pc con il case altamente non isolato? Volevi dire "elaboratore A superconduttori"?

    ;)

    non+autenticato
  • Il problema del commesso viaggiatore è un problema NP completo, altro che "relativamente semplice".

    "Nella Teoria della Complessità i problemi NP-completi sono i più difficili problemi in NP[..]"


    http://it.wikipedia.org/wiki/NP-Completo

    non+autenticato
  • - Scritto da:
    > Il problema del commesso viaggiatore è un
    > problema NP completo, altro che "relativamente
    > semplice".
    >
    > "Nella Teoria della Complessità i problemi
    > NP-completi sono i più difficili problemi in
    > NP[..]"
    >
    >
    > http://it.wikipedia.org/wiki/NP-Completo
    >
    http://it.wikipedia.org/wiki/Problema_knapsack

    faccio così: peso e utilità su excel, ordino su utilità/peso(decrescente) e peso (crescente), poi inserisco nel sacco i dati ordinati fino a raggiungere il peso max (saltando quelli che non entrano)
    questo è relativamente semplice, no?
    non+autenticato
  • La verità è che non esiste un modello funzionale di computer quantistico . Voglio dire , fino ad oggi , gli esperti e gli studiosi che si occupano di questi argomenti , ad ogni nuovo esperimento sul mondo dei quanti dicevano : "ecco , se questa cosa fosse applicata ad un computer quantistico..etc etc" , ma senza la più pallida idea di come un computer quantistico debba funzionare . E' un po come parlare del sesso degli angeli . Quello che a me pare è che alla fine , ed è il caso della D-Wave , si ritroveranno con un computer il cui modello ricalca , seppur con componenti quantistici , supercondotturi e quantaltro , quello di Von Newman che a tutt'oggi , seppur con versioni rivedute e corrette fa sfoggio di se ed assolve egregiamente il suo compito . In ultima analisi credo che per arrivare ad un computer veramente quantistico dovremo sforzarci di più sui modelli di computer quantistico . Ammesso che si possa poi giungere ad un tale modello . Saluti A bocca aperta
    non+autenticato

  • - Scritto da:
    > ... quello di Von
    > Newman che a tutt'oggi...

    Ehm.... pignolo, lo so, ma sarebbe "Von Neumann"... Imbarazzato
  • > Ehm.... pignolo, lo so, ma sarebbe "Von
    > Neumann"...
    >Imbarazzato

    io ti frego... "von" si scrive con la v minuscola Sorride

    cmq negli altri thread ho visto anche diverse volte Turing scritto come "TOuring"...

    eh, non c'e' piu' rispetto!...

    ciao
    non+autenticato
  • un problema che è stato solo sfiorato nell'articolo è proprio quello della decoerenza.... mi viene spontaneo dire che si tratta DEL PROBLEMA dei (possibili) calcolatori quantistici.. la questione si riassume (non uso matematica anche se è difficile farne a meno) dicendo che il calcolo intrinsecamente parallelo possibile grazie alla meccanica quantistica viene vanificato dall'azione dell'ambiente esterno (e intendo anche la temperatura, si tratta di fotoni) poichè sopprime le sovrapposizioni quantistiche... nel caso del processore Orion il rumore dovrebbe manifestarsi a causa dell fluttuazioni del campo magnetico di controllo sui singoli qubit, delle cariche spurie presenti nell'ossido delle giunzioni che modifica la corrente critica Josephson, del fatto che le giunzioni non sono uguali e quindi i punti di lavoro sono diversi e producono un deformazione dei livelli energetici (anche se questo è un problema minore, nel caso della D-wave si lavora SOLO con lo stato a più bassa energia, è questo il vantaggio e lo stesso limite del sistema)...
    come vedete ce n'è per tutti i gusti...

    non dubito che riusciranno a mettere insieme 1024 qubit.. il problema sarà farli lavorare quantisticamente...

    torniamo coi piedi per terra.. qui a Delft (e da qualsiasi altra parte del mondo) si riescono a manipolare 2 qubit in modo coerente.. e ci stiamo spaccando la testa per trovare metodi per sopprimere la decoerenza.. non avete idea dei trucchi che ci si deve inventare in laboratorio...

    le prospettive e qualche test dicono che è possibile metterne assieme una decina e cercare di manipolarli.. ma se non ci vengono idee nuove sarà dura...

    un'altra cosa.. 10 qubit sembrano pochi ma vi posso assicurare che si riescono a fare cose incredibili...

    non+autenticato
  • DelusoDelusoDelusoDelusoDelusoDelusoDelusoDeluso
    O sei totalmente preda del delirio etilico o sei un maledetto genio Idea! (e quindi non abiti in ItaliaImbarazzato).
    Spero per te nella seconda! Occhiolino
    non+autenticato
  • faccio il fisico.. e in questo periodo lavoro in Olanda... non sono un genio.. si tratta solo di uno spaccato di vita vera...Triste
    non+autenticato
  • Un fisico fa piacere incontrarlo comunque, ci servirebbe tanto uno registrato e riconoscibile per le domande da un milione di dollari degli sfaticati che vorrebbero risposte su questioni all'apice di una preparazione che richiederebbe anni di studio, solo che le vorrebbero senza studiare sui libroni. Ci vorrebbe un vero bischero per farle, per esempio io.

    Non e` che potresti formulare un esempio comprensibile ai bischeri di qualcosa che implica uno stato di sovrapposizione quantistica, e non puo` essere spiegato in un altro modo? Senza pretese, ovviamente, pero` e` che non sono mai riuscito a convincermi del tutto che Dio giochi a dadi, ecco... pero` non pretendo che non lo faccia, solo che mi sembra un po' strano e poi rimango nel dubbio.

    ps.
    mi sa che mi sono trovato qualcosa da solo qui:
    http://www.canadaconnects.ca/quantumphysics/10083/

    *va a pensarci su*
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    Modificato dall' autore il 15 febbraio 2007 15.44
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  • Allora:

    - spariamo un fotone singolo verso due fessure;
    - vediamo che si formano frange d'interferenza;
    - le frange non ci sarebbero se il fotone fosse solo.

    Quindi:

    - il fotone passa contemporaneamente dalle due fessure?
    - no, perche` se tappo uno dei buchi con un rilevatore la figura d'interferenza sparisce.

    ...

    Non si potrebbe dedurre che il fotone si spezza in due quando incontra le fessure? Un po' come un getto d'acqua che passa fra due spazi vuoti in una scogliera? Infatti, se tappo uno degli spazi, le onde che passano da una sola non interferiscono, e in effetti rimane una distribuzione gaussiana dell'impulso attorno a una specie di "punto caldo". No? Certo che continuo a rilevare onde in arrivo anche dalla fessura coperta, ma non passano e quindi non possono interferire con quelle che passano dall'altra parte.

    E pero` il fotone si comporta come una particella in altri casi? A me viene da pensare un attimo al puntatore del mouse, la freccina: la freccina ha una hot spot, un punto caldo, in cui il click e` effettivo. La coda della freccina fa parte del puntatore, ma il click e` effettivo solo sulla punta. Per il computer, il puntatore e` una particella, un punto adimensionale identificato da due coordinate sullo schermo; per l'occhio, il puntatore e` piu` grosso di un punto.

    Ma perche` m'impelago in questi ragionamenti??
  • > pero` e` che non sono mai
    > riuscito a convincermi del tutto che Dio giochi
    > a dadi, ecco...

    "Dio non solo gioca a dadi, ma li ha inventati Lui" Occhiolino
    cit.
    non+autenticato
  • :D

    Dio non dovrebbe giocare a dadi, che poi ci perde interi partrimoni! Dia retta a me, meglio un tresette fra amici...
  • in natura esistono un sacco di sistemi che servono allo scopo... alcuni sembrano più astratti di altri... il più semplice da immaginare... un elettrone, da solo, ha due stati di spin possibili, su e giu (lo puoi vedere come una trottola che gira in senso orario o antiorario).. detto così sembra una scemenza ma lo puoi verificare in laboratorio (la prima volta è stato fatto 80 anni fa)... ora, immagina di applicare un campo magnetico che oscilla con un'opportuna frequenza (mi sembra di essere il conduttore di ArtAttack: prendete la Torre Eiffel, fatto? spalmatela di colla, fatto?)..
    in base alla durata del segnale che stai mandando, lo spin dell'elettrone non sarà più diretto nella direzione di partenza (su o giù) ma si sarà invertito... se poi calcoli bene i tempi lo spin sarà sia giu che su.. nel primo caso hai applicato la porta logica NOT, nel secondo caso hai applicato una cosa che non esiste classicamente.. hai creato una sovrapposizione... la cosa interessante è che quando fai una misura otterrai solo su (50%) o solo giu (50%).. in reltà ho barato su un sacco di cose ma non importa...

    altra cosa interessante.. per create un bit quantistico ti serve "solo" un sistema con due livelli tra cui tu possa indurre transizioni; non hai vincoli di carattere fisico... ecco quindi che ci si è sbizzarriti: polarizzazione dei fotoni, spin degli elettroni (nei quantum dot), stati di carica o di corrente di una giunzione Josephson, spin di atomi manipolati con la risonanza magnetica, livelli energetici in ioni....

    su http://www.quantiki.org/wiki/index.php/Main_Page

    si trova un sacco di roba a livello fondamentale....
    non+autenticato
  • > in natura esistono un sacco di sistemi che
    > servono allo scopo... alcuni sembrano più
    > astratti di altri... il più semplice da
    > immaginare... un elettrone, da solo, ha due stati
    > di spin possibili, su e giu (lo puoi vedere come
    > una trottola che gira in senso orario o
    > antiorario).. detto così sembra una scemenza ma
    > lo puoi verificare in laboratorio (la prima volta
    > è stato fatto 80 anni fa)...

    No no ma io mi fido, specie di chi la sa molto piu` lunga, stai tranquillo non mi sembreranno mai scemenze; fra l'altro non e` ragionevolmente fastidioso immaginare un elettrone come una pallina che gira, si puo` fare, magari non e` proprio cosi` ma se si comporta cosi`, non mi da` fastidio.

    E` quando mi dicono che la pallina gira in entrambi i sensi contemporaneamente, e in qualsiasi direzione o orientamento senza averne uno preciso, senza che la pallina stessa sappia come sta girando, ecco e` li` che molti, me compreso, si perdono un attimo...

    > ora, immagina di
    > applicare un campo magnetico che oscilla con
    > un'opportuna frequenza (mi sembra di essere il
    > conduttore di ArtAttack: prendete la Torre
    > Eiffel, fatto? spalmatela di colla,
    > fatto?)..

    :D

    Sorry, non e` colpa tua.

    > in base alla durata del segnale che stai
    > mandando, lo spin dell'elettrone non sarà più
    > diretto nella direzione di partenza (su o giù) ma
    > si sarà invertito...

    Alla durata?

    Io ho questo problema con un driver di tastiera, ne parlavo nel forum "hardware": il tasto PAUSE/BREAK non mi fornisce un codice "up" quando lo rilascio. La tastiera trasmette solo un codice "down" che indica che il tasto e` abbassato, ma nessun codice "up".

    Ora, alcune tastiere ripetono il codice "down", lo stesso codice, anche quando il tasto e` rilasciato. Quindi potrei pensare di usare una porta NOT per complementare il bit di stato che indica lo stato attuale del tasto. Al primo codice mi va da 0 a 1, al secondo mi va da 1 a 0, e mi sta bene.

    Mi starebbe bene.
    Se non fosse che le stupide tastiere ripetono il tasto secondo il key repeat rate, ovvero continuano a mandarmi una serie di codici "down" in rapida successione, nel tentativo di farmi capire che l'utente sta tenendo il tasto abbassato.

    Il risultato e` che il driver che complementa il bit, al rilascio del tasto dopo un certo periodo di tempo, si ritrova con uno stato del tasto che e` indeterminato.

    Non e` che l'elettrone fa lo stesso lavoro?
    Flippa su e giu` come un matto, tanto che alla fine si ottiene una misura che ha il 50% di probabilita` di essere su o giu`?

    Oh, non la guardare come una specie di sfida, o una presa in giro, e` solo curiosita` la mia... veramente, non vorrei sembrare aggressivo in nessun modo...

    > su
    > http://www.quantiki.org/wiki/index.php/Main_Page
    >
    > si trova un sacco di roba a livello
    > fondamentale....

    Grazie!Sorride

    ps.
    se non rispondi non me la prendo affatto, anzi ti ringrazio del tempo dedicato a interpretare i miei deliri, e chiedo scusa.
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    Modificato dall' autore il 15 febbraio 2007 16.20
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  • > ps.
    > se non rispondi non me la prendo affatto, anzi ti
    > ringrazio del tempo dedicato a interpretare i
    > miei deliri, e chiedo
    > scusa.

    Alex qualsiasi cosa sia quella che fumi, evidentemente la fumo anche io e funziona!!!!
    :)
    Complimenti vivissimi anche al PhisicAttack.

  • > Alex qualsiasi cosa sia quella che fumi,
    > evidentemente la fumo anche io e
    > funziona!!!!
    >Sorride

    Ehm... Muratti (pacchetto morbido)
    Chissa` cosa ci mettono dentro...Occhiolino

    > Complimenti vivissimi anche al PhisicAttack.

    Si`, davvero, e` stato paziente; ho osservato sperimentalmente che fare domande del genere a un fisico ammettendo di essere fermo a F=m*a e pregandolo di non buttare giu` un mare di equazioni, di solito lo irrita molto prima. Evidentemente il mare di equazioni e concetti e` difficile da tradurre in esempi comprensibili, e poi quando ti metti a parlare per altri esempi senza avere le necessarie conoscenze (tante) e senza ricorrere alla matematicona, e` la goccia che fa traboccare il vaso, purtroppo ho paura che non lo capiro` mai, a meno di fare tutta la trafila universitaria; mah, speriamo nella prossima vita...

    *sigh*
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