L'articolo è un'ipotesi sulle proprietà di un computer quantistico, annunciata da Google. La società afferma che "un computer quantistico è stato in grado di realizzare ciò che i computer moderni avrebbero impiegato migliaia di anni". La rivista pone la domanda: il team di Google comprende l'auto che hanno creato? E non "ottimizzerà" la persona?
In un recente articolo del Quantum Computing Lab di Google, viene annunciato che l'azienda ha raggiunto la supremazia quantistica. Sono solo chiacchiere, ma cosa significa tutto questo?
Nel 2012 ho coniato il termine "superiorità quantistica" per indicare il punto in cui i computer quantistici possono fare ciò che i computer classici non possono fare - e indipendentemente dall'utilità dei compiti. Con questo nuovo termine, volevo sottolineare in che momento storicamente importante viviamo. È un onore vivere nell'era dello sviluppo della tecnologia dell'informazione basato sui principi della fisica quantistica.
Il termine "superiorità quantistica" - e in effetti il fenomeno stesso - ha causato molte polemiche. E per due ragioni contemporaneamente. Primo, la parola "superiorità" suona male da un punto di vista politico - evoca associazioni disgustose con "superiorità bianca". In secondo luogo, questo termine non fa che esacerbare il clamore generale intorno alle tecnologie quantistiche, e ce n'è già troppo. Avevo ancora previsto il secondo, ma ho perso completamente il primo. Comunque sia, il termine è rimasto bloccato e ora il team quantistico di Google lo ha ripreso con entusiasmo.
Ho esaminato un altro paio di opzioni nella mia testa, ma le ho rifiutate tutte, decidendo che la "superiorità quantistica" riflette la situazione nel migliore dei modi. Ho anche riflettuto sul "vantaggio quantistico" - e anche questo termine è entrato in uso. Ma per i miei gusti, "superiorità" suona ancora più precisa e convincente. In gara si parla di vantaggio anche quando un cavallo è davanti all'altro di meno di un corpo. La velocità di un computer quantistico per determinati compiti è molte volte superiore a quella classica. In teoria, comunque.
Un recente articolo di Google lo illustra chiaramente. Utilizzando un dispositivo con 53 qubit (analoghi quantistici dei bit di un computer classico), sono stati in grado di eseguire calcoli quantistici in pochi minuti che richiederebbero migliaia di anni per i supercomputer più potenti di oggi. Se questo è vero, allora questo è un risultato eccezionale nella fisica sperimentale e la prova di uno sviluppo senza precedenti nell'hardware quantistico. Mi congratulo sinceramente con tutti i partecipanti all'esperimento.
Tuttavia, qui c'è un problema. Il team di Google ammette che il problema che la loro macchina ha risolto con una velocità sorprendente è stato scelto con cura per dimostrare la superiorità di un computer quantistico. Non ha senso pratico risolverlo. In breve, il computer quantistico ha eseguito una sequenza di istruzioni scelte a caso, dopodiché sono stati misurati tutti i qubit, ricevendo una stringa di bit in uscita. Questo è un calcolo quantistico di una struttura molto piccola. Sì, un compito del genere è estremamente difficile per un computer classico, ma neanche la risposta è molto significativa.
Eppure il risultato è eccezionale. Controllando che l'output del loro computer quantistico corrisponda all'output di un classico supercomputer (beh, se l'operazione non richiede migliaia di anni, ovviamente), il team ha confermato di comprendere il loro dispositivo e che funziona come previsto. Ora che abbiamo capito che l'hardware funziona, può essere caricato con attività più utili.
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Perché è importante controllare le prestazioni dell'attrezzatura? Perché è molto difficile controllare con precisione un computer quantistico. In un certo senso, una semplice considerazione di un sistema quantistico lo viola inevitabilmente: il famoso principio di indeterminazione di Heisenberg in azione. Pertanto, se vogliamo utilizzare un tale sistema per l'archiviazione e l'elaborazione affidabile delle informazioni, dobbiamo mantenerlo quasi idealmente isolato dal mondo esterno. Allo stesso tempo, abbiamo bisogno che i qubit interagiscano tra loro: vogliamo elaborare i dati. Inoltre, dobbiamo controllare il sistema dall'esterno e infine misurare i qubit per scoprire il risultato dei nostri calcoli. È estremamente difficile creare un sistema quantistico che soddisfi tutti questi criteri. Per raggiungere i risultati attuali, ci sono voluti molti anni di progresso nel campo dei materiali,produzione, sviluppo e controllo.
Il risultato di Google è una pietra miliare nello sviluppo dei computer quantistici applicati. Ho pensato che l'era in arrivo avesse bisogno di un nome separato - e sono uscito con il "quantum rumoroso di livello intermedio" o NISQ. Fa rima con rischio. Il "livello intermedio" ha all'incirca le dimensioni dei computer quantistici che stanno diventando più convenienti. A questo ritmo, presto saranno in grado di eseguire attività troppo pesanti per i supercomputer di oggi. "Rumoroso" enfatizza il controllo imperfetto e i conseguenti guasti ed errori che si accumulano nel tempo. Non possiamo ancora eseguire un lungo calcolo: è improbabile che la risposta corretta brilli per noi.
Il team di Google ha dimostrato che è possibile costruire una macchina quantistica abbastanza grande e precisa da risolvere compiti precedentemente impossibili. Consideriamo questo l'inizio di una nuova era: l'era dei quanti rumorosi di livello intermedio o NISQ.
Cosa succederà dopo? Ovviamente, Google e altri produttori di hardware si aspettano di trovare usi pratici per i loro dispositivi quantistici. Un computer quantistico più potente aiuterà gli scienziati a sviluppare nuovi materiali e composti chimici oa migliorare gli strumenti per l'apprendimento automatico, ma un computer quantistico rumoroso con poche centinaia di qubit farà ben poco. Tuttavia, abbiamo alcune idee pratiche per i computer NISQ che proveremo. In questo modo, otterremo metodi di ottimizzazione migliori e simulazioni fisiche più accurate, anche se, in verità, non siamo abbastanza sicuri del successo. Ma sarà comunque interessante giocare con la tecnologia NISQ per vedere cosa può fare. Sto contandoche i computer quantistici prima o poi trasformeranno la nostra società, anche se questa è una questione di futuro.
In un articolo del 2012 in cui ho coniato il termine "supremazia quantistica", ho ragionato: "Com'è gestire sistemi quantistici su larga scala? Solo "molto difficile" o "ridicolmente difficile"? Nel primo caso, dopo un paio di decenni di duro lavoro potremmo benissimo avere successo. In quest'ultimo caso, ci vorranno diversi secoli, e anche allora non è un dato di fatto che funzionerà ". I recenti progressi del team di Google ci portano a credere che abbiamo a che fare con il primo caso, semplicemente "molto difficile". In tal caso, nei prossimi decenni apparirà un'abbondanza di tecnologie quantistiche.
James O'Brien
