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Un chip per computer quantistico completo: presentato il primo progetto. “I computer non saranno più binari”

L’informatica quantistica pratica è stata una grande novità quest’anno, con significativi progressi sulle frontiere teoriche e tecniche.  Ma un grande ostacolo è rimasto – fondendo il delicato paesaggio quantistico con quello digitale più familiare. Questo nuovo design del microprocessore potrebbe essere la soluzione di cui abbiamo bisogno.

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I ricercatori dell’Università del New South Wales (UNSW) hanno ideato un nuovo tipo di architettura che utilizza semiconduttori standard comuni ai moderni processori per eseguire calcoli quantistici. Dettagli a parte, significa sostanzialmente che il potere dell’informatica quantistica può essere sbloccato utilizzando gli stessi tipi di tecnologia che costituisce la base dei computer desktop e degli smartphone.

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“Spesso pensiamo di approdare sulla Luna come la più grande meraviglia tecnologica dell’umanità”, afferma il designer Andrew Dzurak, direttore dell’Australian National Fabrication Facility dell’UNSW.

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“Ma creare un chip a microprocessore con un miliardo di dispositivi operativi integrati insieme per funzionare come una sinfonia – che puoi portare in tasca – è un risultato tecnico sbalorditivo, e uno che ha rivoluzionato la vita moderna”.

Che tu sia d’accordo o meno sul fatto che un tale risultato possa competere con i viaggi nello spazio, il passo è un passo da gigante per l’informatica.

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“Con l’informatica quantistica siamo sull’orlo di un altro salto tecnologico che potrebbe essere altrettanto profondo e trasformativo, ma un progetto ingegneristico completo per realizzarlo su un singolo chip è stato elusivo”, afferma Dzurak.

Il calcolo quantistico fa uso di uno strano accenno di realtà – le particelle esistono in una nebbia di possibilità finché non sono collegate a un sistema che definisce le loro proprietà. Questa nebbia di possibilità ha caratteristiche matematiche che possono rivelarsi immensamente utili, se sai come inserirle. Mentre il calcolo tradizionale è binario, rappresentando l’Universo come uno dei due simboli come 1 e 0, il calcolo quantico consente a uno spettro di complessità di essere rappresentato da quello spettro di probabilità.

Il problema è che questa nebbia quantistica, chiamata anche qubit, è delicata. L’intero atto di “misurare” non è un affare rigoroso, nel senso che la particella può fondersi in realtà – o collassare, per usare il gergo – accidentalmente. Poiché sono necessarie centinaia, se non molte centinaia di migliaia, di qubit per rendere l’intera cosa utile, c’è molto spazio per crolli indesiderati. Per garantire che i qubit instabili non introducano troppi errori, devono essere organizzati in modo tale da renderli più robusti.

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“Quindi dobbiamo usare codici di correzione degli errori che impiegano più qubit per memorizzare un singolo pezzo di dati”, afferma Dzurak.

“Il nostro progetto di chip incorpora un nuovo tipo di codice di correzione degli errori progettato specificamente per qubit di spin e implica un protocollo sofisticato di operazioni su milioni di qubit”.

Questa tecnologia è il primo tentativo di mettere tutto il circuito di silicio convenzionale necessario per controllare e leggere i milioni di qubit necessari per il calcolo quantistico su un unico chip. In termini semplici, i transistor di silicio convenzionali sono usati per controllare una griglia piatta di qubit nello stesso modo in cui le porte logiche gestiscono i bit all’interno dei processori del desktop.

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“Selezionando gli elettrodi sopra un qubit, possiamo controllare lo spin di un qubit, che memorizza il codice binario quantistico di uno 0 o di un 1”, spiega l’autore principale dello studio, Menno Veldhorst, che ha condotto la ricerca all’UNSW.

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“E selezionando elettrodi tra qubit, interazioni logiche a due qubit o calcoli, è possibile eseguire tra qubit”.

Siamo ancora lontani dal combinare questi progressi in solidi pezzi di tecnologia. Anche una volta che avremo le prime macchine in grado di modellare le molecole con dettagli altissimi, o di scricchiolare le statistiche sui cambiamenti climatici su una scala senza precedenti, avremo bisogno di programmatori che sappiano come utilizzare i qubit. Microsoft ha messo gli occhi su tale eventualità, rilasciando di recente un’anteprima gratuita del suo nuovo kit di sviluppo quantico per i programmatori di domani desiderosi di un vantaggio. Sta succedendo. Uno ad uno, gli ostacoli tecnologici stanno cadendo. Interessato a saperne di più? La clip qui sotto ha una spiegazione chiara:

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