Alfonso Maruccia

Caccia al fermione di Majorana per il quantum computing

Ricercatori statunitensi mirano alla realizzazione di qubit stabili attraverso la "generazione" dei fermioni di Majorana. Setup complicato per un risultato che dovrebbe spingere in avanti lo sviluppo dei computer quantistici

Roma - Per alcuni il computer quantistico è un sogno che non potrà mai realizzarsi, mentre per altri si tratta solo di ottenere i giusti elementi di base (qubit capaci di ritenere l'informazioni digitale in maniera stabile e affidabile) per portare avanti gli studi sulla concretizzazione del sogno del super-calcolo a mezzo particelle elementari.

Della seconda categoria di persone fanno parte i texani della Rice University, convinti della validità delle ricerche sui computer quantistici al punto da investire in un progetto che non ha alcun risultato concreto. Almeno per ora, visto che i fisici Rui-Rui Du e colleghi intendono sperimentare la possibilità di usare un design di "quantum computer topologico" con qubit che non decadono.

Per gli scienziati della Rice il segreto dei qubit stabili è l'eventuale scoperta del fermione di Majorana, elemento sub-atomico teorizzato nel 1937 dal celebre scienziato italiano che ha la caratteristica peculiare di unire in se sia la particella che l'antiparticella di una coppia quantistica "perfetta".
I fermioni di Majorana sarebbero qubit ideali, teorizzano i ricercatori statunitensi, non fosse che quasi un secolo dopo l'enunciazione della teoria la comunità scientifica non è ancora riuscita a individuare il fenomeno fisico nella realtà pratica. Rui-Rui Du e colleghi intendono scovare l'elusivo (teorico?) fermione di Majorana attraverso l'impiego di un isolante topologico: un componente che si comporta da isolante alla base ma lascia passare la carica elettrica sulla sua superficie.

L'unione di un isolante topologico con un superconduttore, ipotizzano i ricercatori della Rice, dovrebbe portare alla "apparizione" dei fermioni-qubit esattamente al confine tra il materiale isolante e il superconduttore. Messa l'idea su carta, Du si dice consapevole del fatto che "solo gli esperimenti possono confermare se riusciremo a trovare i fermioni di Majorana e se essi siano buoni candidati per la creazione di qubit stabili".

Alfonso Maruccia
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12 Commenti alla Notizia Caccia al fermione di Majorana per il quantum computing
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  • ...ma anche no. Allo stesso tempo!

    Se impiegasse un femtosecondo ad eseguire calcoli complicatissimi (ad esempio: primi interi di oltre 300 cifre) a cosa servirebbe?

    A prevedere se un asteroide ci colpirá?
    A evitare le crisi finanziarie?
    A sapere che tempo fará? (Basta chiedere a SIRI Sorride e dirgli/dirle di ricordare a tua sorella di non dimenticare l'ombrello)
    A prevedere un terremoto o un uragano?
    A prevedere la prossima estrazione del lotto?
    A decrittare in real-time le comunicazioni? (Addio privacy)

    Alla base di quello che fará ci sará l'uomo: "difettoso" per Natura!
    non+autenticato
  • - Scritto da: Non Me
    > ...ma anche no. Allo stesso tempo!
    >
    > Se impiegasse un femtosecondo ad eseguire calcoli
    > complicatissimi (ad esempio: primi interi di
    > oltre 300 cifre) a cosa
    > servirebbe?

    Quando Euclide studiava i numeri primi era orgoglioso del fatto che non servissero a nulla. Ora servono (ad esempio) come ingrediente fondamentale di SSL.
    Quando Einstein studiava la relatività generale mai avrebbe pensato al GPS. Quando teorizzò l'effetto fotoelettrico mai avrebbe pensato ai CD, DVD e BD.
    Come possiamo sapere adesso a cosa serviranno i computer quantistici tra 10, 20, 100 o 1000 anni?

    > A prevedere se un asteroide ci colpirà?
    > A evitare le crisi finanziarie?
    > A sapere che tempo farà? (Basta chiedere a
    > SIRI Sorride e dirgli/dirle di ricordare a tua
    > sorella di non dimenticare
    > l'ombrello)
    > A prevedere un terremoto o un uragano?

    In tutti questi esempi il problema è che sono problemi caotici, in cui una minima incertezza sui dati iniziali diventa enorme dopo poco tempo. Quindi il computer quantistico potrà farci poco... Ma per quello che ho detto sopra potrò benissimo essere smentito.

    > A prevedere la prossima estrazione del lotto?

    Se l'estrazione non è truccata non c'è modo di prevederla. Il sistema è volutamente caotico, valgono pertanto le considerazioni di cui sopra.

    > A decrittare in real-time le comunicazioni?
    > (Addio
    > privacy)

    Questo in effetti sarebbe l'effetto più immediato.
    I cifrari a chiave pubblica normalmente si basano sul problema del logaritmo discreto (RSA e El Gamal su curve ellittiche inclusi) che è vulnerabile a un noto attacco su computer quantistico (che funziona solo se è nota la chiave pubblica, cosa non scontata ma spesso vera).
    Non sono informato sulle implicazioni del quantum computing sugli algoritmi di cifratura simmetrici ma c'è da aspettarsi che ci siano degli attacchi ora impossibili che dovranno essere tenuti in considerazione.
    Attenzione però che ci sono degli algoritmi a chiave pubblica per cui sembra (non mi ricordo se è stato dimostrato) che siano invulnerabili ad attacchi quantistici (è necessario andare da NP in N).
    Spero che quando sarà il caso verrà affrontato seriamente anche questo problema.

    > Alla base di quello che farà ci sarà
    > l'uomo: "difettoso" per Natura!

    Questa non l'ho capita...
  • contenuto non disponibile
  • I problemi in P vengono risolti tranquillamente anche dai computer normali. Derifrare RSA con la chiave è un problema P, senza chiave è NP.
    Direi che per avere maggiore sicurezza è meglio andare in N (anche se in realtà servirebbe QMA o peggio, ma non sono ferrato sulle classi di complessità di computer quantistici...)
  • contenuto non disponibile
  • - Scritto da: came88

    > Quando Euclide studiava i numeri primi era
    > orgoglioso del fatto che non servissero a nulla.

    Mentalitá greca, mai dire cio' che si pensa. Ci ho lavorato per qualche anno...

    > Ora servono (ad esempio) come ingrediente fondamentale di SSL.

    SSL? SHA, forse intendevi.
    E a che mi serve? Ad avere privacy. Ma se lo stesso calcolatore che mi garantirebbe piú privacy me la cracca nello stesso tempo! Per definizione.

    > Come possiamo sapere adesso a cosa serviranno i
    > computer quantistici tra 10, 20, 100 o 1000
    > anni?

    A scrivere commenti su PI?

    Dammi un argomento valido per studiare i computer quantistici.
    Perché sono veloci?

    Ok, e quando hai il risultato?
    Il tempo "umano" comunque non permetterebbe di analizzare/assimilare l'informazione altrettanto velocemente...

    > In tutti questi esempi il problema è che sono
    > problemi caotici, in cui una minima incertezza
    > sui dati iniziali diventa enorme dopo poco tempo.

    Vuoi dirmi che la legge di gravitazione é una baggianata? (nel caso dell'asteroide). Diciamo che i modelli della realtá sono "modelli" appunto, indipendenti dalla velocitá di elaborazione del computer.
    >
    > > A decrittare in real-time le comunicazioni?
    > > (Addio
    > > privacy)
    >
    > Questo in effetti sarebbe l'effetto più immediato.
    > I cifrari a chiave pubblica normalmente si basano
    > sul problema del logaritmo discreto (RSA e El
    > Gamal su curve ellittiche inclusi) che è
    > vulnerabile a un noto attacco su computer
    > quantistico (che funziona solo se è nota la
    > chiave pubblica, cosa non scontata ma spesso
    > vera).
    > Non sono informato sulle implicazioni del quantum
    > computing sugli algoritmi di cifratura simmetrici
    > ma c'è da aspettarsi che ci siano degli attacchi
    > ora impossibili che dovranno essere tenuti in
    > considerazione.

    c'é di tutto su wikipedia A bocca aperta

    > Attenzione però che ci sono degli algoritmi a
    > chiave pubblica per cui sembra (non mi ricordo se
    > è stato dimostrato) che siano invulnerabili ad
    > attacchi quantistici (è necessario andare da NP
    > in
    > N).
    > Spero che quando sarà il caso verrà affrontato
    > seriamente anche questo
    > problema.

    Infatti! In teoria il quantum computing permette di fare tutto "subito", quindi anche craccare istantaneamente qualsiasi codice!

    > > Alla base di quello che farà ci sarà
    > > l'uomo: "difettoso" per Natura!
    >
    > Questa non l'ho capita...

    Il computer é uno strumento. Se ci metto un dato sbagliato otterro' sempre e comunque una risposta sbagliata. Subito. Ma sbagliata!
    non+autenticato
  • - Scritto da: Non Me
    > - Scritto da: came88
    > > Ora servono (ad esempio) come ingrediente
    > fondamentale di
    > SSL.
    >
    > SSL? SHA, forse intendevi.

    No, proprio SSL (o TSL) visto che usano (anche) RSA che è basato sulle proprietà dei numeri primi

    > E a che mi serve? Ad avere privacy. Ma se lo
    > stesso calcolatore che mi garantirebbe più
    > privacy me la cracca nello stesso tempo! Per
    > definizione.

    La privacy non te la dà il calcolatore, ma il modo in cui lo usi, gli algoritmi che applichi...

    > > Come possiamo sapere adesso a cosa
    > serviranno
    > i
    > > computer quantistici tra 10, 20, 100 o 1000
    > > anni?
    >
    > A scrivere commenti su PI?
    >
    > Dammi un argomento valido per studiare i computer
    > quantistici.
    > Perché sono veloci?

    Se tu non sai cosa fartene di computer più veloci non vuol dire che il resto dell'umanità la pensi come te.

    > Ok, e quando hai il risultato?
    > Il tempo "umano" comunque non permetterebbe di
    > analizzare/assimilare l'informazione altrettanto
    > velocemente...

    Magari non l'utente comune, applicazioni scientifiche magari si...

    > > In tutti questi esempi il problema è che sono
    > > problemi caotici, in cui una minima
    > incertezza
    > > sui dati iniziali diventa enorme dopo poco
    > tempo.
    >
    > Vuoi dirmi che la legge di gravitazione é una
    > baggianata? (nel caso dell'asteroide). Diciamo
    > che i modelli della realtà sono "modelli"
    > appunto, indipendenti dalla velocità di
    > elaborazione del
    > computer.

    No. La legge di gravità di Newton o di Einstein non prevede incertezza. Punto
    Il problema sorge quando cerchi di applicarla a dati sperimentali, che hanno una incertezza dovuta alla misurazione.
    Se guardi come evolve il sisteme con dati iniziali compatibili con i dati sperimentali (cioé entro l'errore) scopri che l'errore è molto più grande dell'ordine di grandezza di quello che vuoi prevdere, ergo non prevedi nulla.
    Prova a farti un giro qui http://it.wikipedia.org/wiki/Teoria_del_caos o se vuoi un semplice esempio pratico fai un girio qui http://it.wikipedia.org/wiki/Mappa_logistica

    > > > A decrittare in real-time le
    > comunicazioni?
    > > > (Addio
    > > > privacy)
    > >
    > > Questo in effetti sarebbe l'effetto più
    > immediato.
    > > I cifrari a chiave pubblica normalmente si
    > basano
    > > sul problema del logaritmo discreto (RSA e El
    > > Gamal su curve ellittiche inclusi) che è
    > > vulnerabile a un noto attacco su computer
    > > quantistico (che funziona solo se è nota la
    > > chiave pubblica, cosa non scontata ma spesso
    > > vera).
    > > Non sono informato sulle implicazioni del
    > quantum
    > > computing sugli algoritmi di cifratura
    > simmetrici
    > > ma c'è da aspettarsi che ci siano degli
    > attacchi
    > > ora impossibili che dovranno essere tenuti in
    > > considerazione.
    >
    > c'é di tutto su wikipedia A bocca aperta

    Certo, ma anche quello di cui parlo io appena qua sotto c'è su wikipedia A bocca aperta

    > > Attenzione però che ci sono degli algoritmi a
    > > chiave pubblica per cui sembra (non mi
    > ricordo
    > se
    > > è stato dimostrato) che siano invulnerabili
    > ad
    > > attacchi quantistici (è necessario andare da
    > NP
    > > in
    > > N).
    > > Spero che quando sarà il caso verrà
    > affrontato
    > > seriamente anche questo
    > > problema.
    >
    > Infatti! In teoria il quantum computing permette
    > di fare tutto "subito", quindi anche craccare
    > istantaneamente qualsiasi
    > codice!
    >
    > > > Alla base di quello che farà ci sarà
    > > > l'uomo: "difettoso" per Natura!
    > >
    > > Questa non l'ho capita...
    >
    > Il computer é uno strumento. Se ci metto un dato
    > sbagliato otterro' sempre e comunque una risposta
    > sbagliata. Subito. Ma sbagliata!

    Chi dice il contrario?
  • - Scritto da: came88

    > No, proprio SSL (o TSL) visto che usano (anche)
    > RSA che è basato sulle proprietà dei numeri
    > primi

    SSL é un protocollo di comunicazione.
    SHA é un algoritmo di criptazione.
    Lo so che lo sai, ma "repetita iuvant".
    Il protocollo definisce il modo in cui si apre un canale cifrato. (qui il PC fa poco)
    SHA definisce il modo in cui si cifra l'informazione. (qui il processore é usato piú intensamente, quindi se SHA2 é giá veloce - alcuni algoritmi per la competizione SHA-3 hanno fallito proprio la prova "velocitá" - su un quantum computer diventa "istantaneo").

    La chiave della cifratura sta nella velocitá di cifratura contro la velocitá di decifratura dell'informazione da parte di un soggetto estraneo.

    Esistono, come affermi, algoritmi che resistono anche al quantum computing... difficile dimostrarlo per il momento!

    > Se tu non sai cosa fartene di computer più veloci
    > non vuol dire che il resto dell'umanità la pensi
    > come
    > te.

    Fammi un esempio di ricerca che gioverebbe dall'avere computer piú veloci di quelli attuali!

    > Magari non l'utente comune, applicazioni
    > scientifiche magari
    > si...

    Vedi sopra. Ma forse i problemi che ti ho detto ricadono in quelli di cui al mio primo post (a parte il lotto che era una evidente provocazione! o hai bisogno delle faccine?)


    > No. La legge di gravità di Newton o di Einstein
    > non prevede incertezza.

    Vabbeh, finché qualcuno non dimostra il contrario. Cosa che per il momento non é riuscita, concordo. Perfino il viaggio nel tempo (letterale!) dei neutrini svizzeri (se confermato) é previsto da Einstein. Mi sfugge la relazione con la gravitá comunque, perché Einstein é stato un po' criptico in merito.

    > Il problema sorge quando cerchi di applicarla a
    > dati sperimentali, che hanno una incertezza
    > dovuta alla misurazione.

    Quindi, come dicevo, il "fattore umano" é fonte di errore. Anche piú grande della misura stessa.

    > Se guardi come evolve il sisteme con dati
    > iniziali compatibili con i dati sperimentali
    > (cioé entro l'errore) scopri che l'errore è molto
    > più grande dell'ordine di grandezza di quello che
    > vuoi prevdere, ergo non prevedi
    > nulla.

    Quindi? E' quello che dico io. A cosa serve un computer superveloce se alla fine il risultato che fornisce subito é comunque incerto! E lo é visto che il computer quantistico risolve problemi in modo probabilistico per sua natura!!!

    > Chi dice il contrario?

    Stai dicendo che il computer quantistico é utile.
    Io sto dicendo che ho dei dubbi: Einstein (visto che lo citi) non ebbe bisogno del computer (non c'era!). E da allora, pochi Einstein... pochi Tesla... ma molti commentatori.
    non+autenticato
  • Non dirmi che la cifratura é essenziale per la vita comune.

    E' essenziale ed é nata per puri scopi militari o economici (questi ultimi a fini di supremazia e dominio).

    E non venire a fare l'esempio del conto in banca mio o tuo, che non contano nulla. Una volta funzionava tutto lo stesso!
    non+autenticato
  • Ti rispondo in fretta perché siamo andati decisamente OT

    SHA non è un algoritmo di cifratura ma, come dice l'acronimo stesso, di HASH.

    La cifratura non è indispensabile, ma questo implicherebbe rivedere in modo sostanziale la società in cui viviamo.

    Non è vero che un computer quantistico è più veloce di uno normale a fare qualunque cosa. Semplicemente fa cose diverse, e in questo modo riesce a risolvere facilmente ALCUNI problemi che per un computer tradizionale sono difficili.

    Al CERN devono elaborare i vari GB che vengono prodotti ogni minuto da LHC per scartare tutte le informazioni relative a cose note per cercare interazioni ancora ignote, secondo me in questo un computer quantistico sarebbe molto utile. Con algoritmi ancora da scrivere, sicuramente, ma secondo me ci sono buone potenzialità.

    Detto questo io chiudo perché siamo palesemente OT
  • Su SHA hai ragione.
    Anche se tale computer gioverebbe anche alla generazione di Hash!
    Scegli tra AES, 3DES, D-H e RSA (ma anche altri).
    SSL rimane un protocollo: una indicazione su come scambiare dati tra due device in modo che si capiscano (controllo errori, autenticazione, compressione, messaggio finito, messaggio ricevuto, etc.).

    Il computer a qu-bit é comunque sulla carta molto veloce: soprattutto a svolgere funzioni sugli interi. E giá qui le implicazioni nella ricerca sono quindi limitate (alla cifratura?).

    Quindi tu useresti tale computer per fare confronto di dati, non per elaborare modelli. O forse intendi per elaborare modelli e confrontare i risultati con i dati reali da esperimento? Qui non capisco io.
    Nel primo caso é velocissimo, senza errori.
    Nel secondo caso é velocissimo ma "ha un margine di errore".

    Questo tipo di computer ha senso solo se applicato per scopi di decifrazione (che é lo scopo della ricerca). Questo si lo sa fare bene! (Oddio anche la cifratura)
    Se tu con questo intendi il fatto che é piú adatto a risolvere una certa classe di problemi, ok.

    Ma ti rimando al mio primo post. L'ordine e il tipo delle domande non é casuale come invece sembra che hai interpretato!
    non+autenticato