La Cina batte Google e conquista la supremazia quantistica

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    A poco più di un anno di distanza dagli Stati Uniti, anche la Cina conquista la cosiddetta ‘supremazia quantistica‘, dimostrando che il suo nuovo computer quantistico Jiuzhang, basato sulle particelle di luce (fotoni), può eseguire in soli 200 secondi un calcolo così complesso che a un computer tradizionale richiederebbe 600 milioni di anni. È un traguardo storico, quello pubblicato su Science dal gruppo di Jian-Wei Pan alla University of Science and Technology of China, che segna una svolta nella corsa ai computer del futuro. “Si tratta dell’inizio di una nuova era computazionale”, commenta Fabio Sciarrino, docente di informazione e computazione quantistica della Sapienza di Roma. “Il raggiungimento della supremazia quantistica, che oggi preferiamo definire ‘vantaggio quantistico’, dimostra che a livello di hardware abbiamo raggiunto il pieno controllo della tecnologia per risolvere problemi altrimenti impossibili”. I primi a riuscirci nel 2019 sono stati i ricercatori di Google, che su Nature hanno dimostrato come il loro computer quantistico Sycamore fosse in grado di risolvere in poco più di tre minuti un’operazione che a un computer tradizionale avrebbe richiesto 10.000 anni: merito di un processore con 53 qubit (le unità di informazione dei computer quantistici) costituiti da altrettanti dispositivi superconduttori posti in una matrice quadrata a dialogare fra loro.

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    “Il computer Jiuzhang, invece – spiega Sciarrino – ha usato una settantina di fotoni che si muovono lungo delle guide d’onda accoppiate fra loro con particolari geometrie 3D: l’interferenza che provocano sulla propagazione della luce dà l’elaborazione dei dati. Alla fine della propagazione, i fotoni vengono misurati uno per uno da rivelatori che danno il risultato finale”. L’approccio è dunque molto diverso e anche le performance. “Jiuzhang sembra essere una macchina più veloce di Sycamore, se confrontata con i computer tradizionali – sottolinea l’esperto – ma a differenza della macchina di Google, quella cinese non è programmabile per risolvere problemi diversi”. Conquistare il vantaggio quantistico usando due strade differenti “dimostra quanto il campo si stia evolvendo rapidamente e in modo maturo”, osserva Sciarrino. “Al momento queste due macchine non hanno ancora risolto un problema utile e pratico, che può dare benefici per la fisica o l’economia, ma aprono nuove prospettive per molte potenziali applicazioni, a partire dalla crittografia”.

    Nessun computer tradizionale, secondo il gruppo di ricercatori, può eseguire la medesima operazione in un lasso di tempo ragionevole ed è improbabile che questo divario sia colmato con il miglioramento degli algoritmi o degli hardware classici. Secondo lo studio, il campionamento del bosone gaussiano, un classico algoritmo di simulazione, è stato utilizzato per fornire un metodo ad elevata efficienza per dimostrare la velocità computazionale quantistica nella risoluzione di alcuni compiti ben definiti. Il numero medio di fotoni rilevato dal prototipo si è attestato 43, mentre sono stati osservati fino a 76 fotoni in uscita. Il sistema di calcolo quantistico Jiuzhang può implementare un campionamento del bosone gaussiano su larga scala 100.000 miliardi di volte più velocemente del più veloce supercomputer esistente al mondo.

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    Il gruppo ha anche affermato che il nuovo prototipo elabora 10 miliardi di volte più velocemente del computer quantistico a 53 qubit sviluppato da Google. “Il vantaggio quantistico è come una soglia”, ha spiegato il professor Lu Chaoyang, docente presso la University of Science & Technology of China. “Significa che, quando la capacità di un nuovo prototipo di computer quantistico supera quella del più potente computer tradizionale esistente nella gestione di un particolare compito, dimostra che probabilmente si potrà compiere progressi in molte altre aree”. La svolta è il risultato di 20 anni di sforzi da parte della squadra di Pan, che ha superato diversi importanti ostacoli tecnologici, compreso l’uso di una sorgente di fotoni di alta qualità. “Ad esempio, per noi è facile bere un sorso d’acqua quando vogliamo ma è difficile riuscire a berne solo una molecola alla volta”, ha spiegato Pan. “Una sorgente di fotoni di alta qualità deve ‘rilasciare’ un solo fotone alla volta e ciascun fotone deve essere esattamente uguale, il che rappresenta una vera sfida”. Rispetto ai computer convenzionali, attualmente Jiuzhang si è dimostrato essere un “campione” soltanto “in una singola area” di lavoro ma secondo il gruppo di ricerca la sua capacità di supercomputer ha un potenziale di applicazione in vari campi come la teoria dei grafi, l’apprendimento automatico e la chimica.