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IBM, nuovi progressi nel quantum computing | Macitynet
Massimo Vettoretti su universal-access, 03\03\2012, h. 01.47.


http://www.macitynet.it/macity/articolo/IBM-nuovi-progressi-nel-quantum-computing/aA58122

La scalabilit a centinaia o migliaia di bit quantistici diventa una possibilit.La realizzazione di un computer quantistico funzionale pone enormi sfide scientifiche e tecnologiche, ma recenti risultati, nel loro complesso, danno un quadro molto promettente per la realizzazione del primo computer quantistico in un futuro non troppo distante.

Ricercatori di IBM hanno raggiunto importanti risultati nelle prestazioni dei dispositivi di quantum computing, che potranno accelerare la realizzazione di un vero e proprio computer quantistico. Per applicazioni specifiche, il quantum computing, che sfrutta il comportamento quantomeccanico della materia di base, potr fornire una potenza di calcolo ineguagliata dai supercomputer attuali.

Utilizzando svariate tecniche, i ricercatori hanno stabilito tre nuovi record per la riduzione degli errori nei calcoli elementari e per la conservazione delle propriet quantomeccaniche nei bit quantistici (qubit), le unit di base che trasportano le informazioni nel quantum computing. Big Blue ha scelto di impiegare qubit superconduttori, che sfruttano le tecniche di microfabbricazione sviluppate per la tecnologia del silicio e che forniscono un potenziale di scalabilit e di fabbricazione fino a migliaia o milioni di qubit. I risultati sono stati presentati in occasione dellincontro annuale dell'American Physical Society, che si  tenuto dal 27 febbraio al 1 marzo 2012 a Boston, Massachusetts.

Le propriet speciali dei qubit consentono a un computer quantistico di svolgere contemporaneamente milioni di operazioni, mentre un computer desktop pu in genere gestire solo una piccola quantit di calcoli alla volta. Ad esempio, i bit di informazioni contenuti in un singolo stato a 250 qubit  superiore al numero di particelle esistenti nelluniverso.

Queste propriet avranno vaste implicazioni soprattutto nel campo della crittografia dei dati, dove i computer quantistici potrebbero gestire grandissimi numeri, come quelli utilizzati per codificare e decodificare le informazioni sensibili. 

Il lavoro sul quantum computing che stiamo svolgendo dimostra che non si tratta pi solo di un esperimento di fisica con un metodo 'forza bruta'.  ora di iniziare a creare sistemi basati su questa scienza, in grado di portare linformatica a un livello del tutto nuovo, spiega Matthias Steffen, manager del team di ricerca che lavora al progetto per arrivare ad applicazioni nel mondo reale.

Numerose altre applicazioni potrebbero comprendere la ricerca in database di informazioni non strutturate, lesecuzione di una serie di attivit di ottimizzazione e la soluzione di nuovi e interessanti problemi matematici. 

La pi piccola quantit di informazione che un computer  in grado di utilizzare  il bit. In modo analogo ad una luce che pu essere accesa o spenta, un bit pu assumere solo uno fra due valori: 1 oppure 0. Un qubit invece, oltre agli stati 1 e 0, pu assumere contemporaneamente entrambi i valori. Questa propriet, denominata 'sovrapposizione',  ci che consente ai computer quantistici di eseguire milioni di calcoli contemporaneamente.

Una delle grandi sfide per sfruttare la potenza del quantum computing  il controllo o leliminazione della decoerenza quantistica: la generazione di errori nei calcoli, causata dall'interferenza di fattori quali il calore, la radiazione elettromagnetica e i difetti dei materiali. Per affrontare questo problema, da anni i ricercatori compiono esperimenti per scoprire il modo di ridurre il numero di errori e per allungare lo spazio di tempo per il quale i qubit conservano le loro propriet quantomeccaniche. Quando questo tempo  sufficientemente lungo, gli schemi di correzione degli errori diventano efficaci, rendendo possibile lesecuzione di calcoli lunghi e complessi.

Esistono molti sistemi che possono portare alla realizzazione di un computer quantistico funzionale. La ricerca si  focalizzata sulluso di qubit superconduttori, che semplificheranno la transizione verso la costruzione di dispositivi reali dotati di un numero relativamente alto di qubit.

IBM ha compiuto di recente esperimenti con un qubit superconduttore tridimensionale (qubit 3D) esclusivo, un approccio che era stato avviato allUniversit di Yale. Tra i risultati, il team ha utilizzato un qubit 3Dche consente di estendere lo spazio di tempo per il quale i qubit mantengono il loro stato quantico fino a 100 microsecondi. Questo valore  di poco superiore alla soglia minima per consentire schemi di correzione degli errori efficaci e indica che gli scienziati possono iniziare a concentrarsi su aspetti ingegneristici pi vasti per la scalabilit.

In esperimenti separati, il gruppo ha dimostrato inoltre un dispositivo a qubit bidimensionale (qubit 2D), pi tradizionale, e ha effettuato unoperazione logica a due qubit  unoperazione controlled-NOT (CNOT) che rappresenta un elemento fondamentale di un pi grande sistema di quantum computing. La loro operazione ha dimostrato un tasso di successo del 95 per cento, consentito in parte grazie al lungo tempo di coerenza di quasi 10 microsecondi. Questi numeri segnano lavvento di schemi di correzione degli errori efficaci e agevolano enormemente gli esperimenti multi-qubit futuri.

La realizzazione di un computer quantistico funzionale pone enormi sfide scientifiche e tecnologiche, ma tutti i risultati, nel loro complesso, danno un quadro molto promettente per la realizzazione del primo computer quantistico in un futuro non troppo distante.

Le metriche essenziali della tecnologia e delle prestazioni dei dispositivi hanno registrato una serie di sorprendenti progressi, con un aumento da 100 a 1000 volte dalla met del 2009, culminando nei risultati recenti che sono molto vicini ai requisiti minimi per un sistema di quantum computing vero e proprio, come stabilito dalla comunit della ricerca mondiale. Per realizzare questi progressi, i ricercatori hanno sottolineato limportanza e il valore del continuo scambio di informazioni e di conoscenze con le comunit della ricerca attive in questo campo e con il mondo accademico e industriale.

La ricerca sui qubit superconduttori, guidata dal team IBM, avanza in modo molto mirato sulla strada verso un computer quantistico scalabile e affidabile. Le prestazioni dei dispositivi ora riferite li avvicinano al punto di svolta; possiamo vedere gli elementi che saranno utilizzati per dimostrare che  possibile arrivare a una correzione degli errori efficace e realizzare qubit logici affidabili, osserva David DiVincenzo, professore presso lIstituto di Informatica Quantistica, Forschungszentrum Juelich. 

Anche se la maggior parte del lavoro finora compiuto in questo campo si  concentrato sul miglioramento delle prestazioni dei dispositivi, gli sforzi nella comunit devono ora comprendere aspetti di integrazione dei sistemi, come la valutazione delle esigenze di elaborazione delle informazioni classica per la correzione degli errori, problemi di I/O, fattibilit e costi della scalabilit.

Fonte: IBM



Inviato da iPhone
Francesco Melis:
Francesco:
grazie Rocco per la segnalazione.
Vorrei fare per qualche considerazione in proposito.
Ci sar una buona dose di polemica in quello che sto per scrivere ma non 
 rivolta agli amici della lista bens a questi "pseudogiornalisti" 
scientifici che scrivono senza sapere bene ci di cui stanno parlando.
Intanto cominciamo col dire: ma voi ci avete capito qualcosa in quello 
che dice quest'articolo?
Io ben poco.
Per grazie a Dio penso di essere in grado anche di cogliere, almeno 
nelle tematiche scientifiche, quando uno sta dicendo troppe  fregnacce e 
si sta riempiendo la bocca di cose che non sa.
Intanto il punto successivo, citato nelle righe immediatamente seguenti 
dell'articolo. L'unica cosa "tecnica" che  stato in grado di dirci  
che il bit ha due valori: lo zero e l'uno. Bene!  partito da lontano e 
fin qui ci possiamo stare. Poi ci dice che il "qubit"  una specie di 
bit che pu assumere contemporaneamente entrambi questi valori 0 ed 1. 
Ebbene questa  una stronzata colossale! Mi spiegate com' possibile in 
natura che una cosa sia in un certo momento uguale anche al suo 
contrario? la luce che  uguale al buio? il bianco uguale al nero? lo 
zero uguale all'uno?
Questo tizio non ha capito un'acca di quello che  l'argomento di cui parla.
In due parole cercher di spiegare invece cosa vuol dire "quantistico". 
Sar un discorso piuttosto tecnico ma cercher di semplificarlo al massimo.
Si parte dall'atomo. Come tutti sanno l'atomo  costituito da un nucleo 
composto da protoni e neutroni ed uno spazio esterno al nucleo nel quale 
ruotano come in un modello solare gli elettroni come se fossero dei 
pianeti. In effetti i raggi delle orbite non sono conosciute con 
esattezza ma diciamo che sono un valore probabilistico. Ad una certa 
distanza dal nucleo c' la massima probabilit che vi sia un elettrone 
che ruota.
Sappiamo anche che gli elettroni ruotano nelle loro orbite che si 
chiamano orbitali. La carica dei protoni  unitaria e positiva mentre 
quella degli elettroni  unitaria e negativa. L'atomo di per s ha un 
ugual numero di cariche positive e negative e quindi  neutro. Se ad un 
atomo togliamo un elettrone diventa uno ione positivo, se invece 
l'elettrone viene aggiunto diventa uno ione negativo.
Ora quello che importa qui  sapere che l'energia posseduta dagli 
elettroni dipende dall'orbitale nel quale si trovano a ruotare. Ogni 
orbita ha una sua energia specifica. Un elettrone per non  sempre 
vincolato a rimanere nella sua orbita. Se esso viene sottoposto a 
bombardamento di energia dall'esterno esso non si muove fino a quando 
l'energia non scatta ad un certo livello ben determinato. Superata 
questa soglia l'elettrone salta dalla sua orbita e passa a ruotare 
nell'orbita immediatamente pi lontana. Cio non ci possono essere vie 
di mezzo: o sta su un'orbita oppure, se l'energia del fotone che 
colpisce l'atomo e sufficiente da superare una certa soglia scatta di 
livello. Ecco cosa vuol dire quantizzato. O sta ad un livello o sta in 
un altro ben definito senza vie di mezzo. Le energie dei livelli 
energetici ovviamente sono conosciute per un certo materiale. Quindi 
quando parla di pi stati quantici il senso  che l'elettrone pu 
trovarsi in molti stati diversi, ma non contemporaneamente. Ci potranno 
essere degli elettroni ad un certo livello energetico ed altri che sono 
saltati a livello energetico superiore. Non pu essere quindi che un 
elettrone nello stesso momento sia ad un certo livello energetico e 
contemporaneamente ad un livello energetico diverso.
Per capire questo fatto possiamo fare un semplicissimo esperimento. Qui 
ci vuole la vista per prendete per buono quello che sto per dire.
Prendete una sveglia o un orologio con le lancette fosforescenti cio di 
quelle che si vedono anche al buio.
Perch si vedono al buio?
Dipende proprio dal fenomeno che ho detto prima. Durante il giorno con 
la luce gli atomi del materiale del quale sono composte le lancette 
fosforescenti assorbono energia e i loro elettroni, in particolare 
quelli dei livelli energetici pi esterni all'atomo, saltano di livello 
energetico posizionandosi su altre orbite pi lontane rispetto a quelle 
nelle quali si troverebbero senza l'illuminazione solare. Cio hanno 
assorbito energia quantizzata e gli elettroni sono letteralmente saltati 
di orbita. E' importante il fatto che ci si riferisce in particolare 
agli elettroni pi lontani dal nucleo che hanno pi facilit di trovare 
praterie vuote sopra di essi. Per gli elettroni vicini al nucleo il 
discorso vale uguale ma ci vorrebbero energie pazzesche per farli 
saltare di livello.
Ora improvvisamente fate il buio completo attorno alla sveglia. La 
sveglia presenter le lancette incredibilmente luminose al punto tale 
che io riesco addirittura a leggere qualcosa su un foglio di carta con 
la luce che sta emettendo la sveglia. Cosa vuol dire ci?
Significa che venendo a mancare la sollecitazione della luce solare 
esterna ora gli elettroni cominciano a ritornare nelle loro orbite in 
cui si trovavano precedentemente. Per fare questo essi per devono 
perdere l'energia che avevano assorbito e la riemettono sotto forma di 
luce. L'energia che perdono per non  tutta. Essi perdono quel "quanto" 
di energia che permette loro di passare all'orbita cio al livello 
energetico inferiore. Come dire che la terra passa in un colpo solo 
dalla sua orbita a quella di venere perdendo in questo passaggio un po' 
della sua energia. Ecco spiegato anche perch col passare dei minuti la 
luce della sveglia  sempre pi fioca e lentamente si spegne ma in un 
tempo molto lungo. Significa che gli elettroni stanno pian piano 
migrando verso le orbite inferiori ad energie minori e cedendo tutta 
quella energia che avevano accumulato per quanti.
Gli stati quantici sono quelli che vengono sfruttati in quello che sar 
il computer quantico per mantenere un'informazione che a quel punto non 
 pi binaria ma a pi stati tanti quanti sono gli stati quantici 
raggiunti dall'elettrone. Il problema per  proprio quello della 
sveglia. Un elettrone permane in uno stato per un tempo molto breve poi 
salta di livello a quello inferiore riemettendo l'energia se non viene 
nuovamente risollecitato. Questi tempi sono proprio quelli di cui parla 
il giornalaio nell'articolo facendo un casino appresso all'altro e che 
danno la difficolt a interpretare i valori data l'estrema fuggevolezza 
dei fenomeni.
Alberto Angela... oops! Francesco (sorriso!)