Scritto: Giovedì, 10 Dicembre 2020 19:20 Ultima modifica: Giovedì, 10 Dicembre 2020 19:21

Il cinese Jiuzhang dimostra la supremazia quantistica


In un articolo pubblicato sulla rivista Science, un team di ricercatori appartenenti a diverse istituzioni cinesi afferma di aver costruito un computer quantistico in grado di eseguire determinati calcoli quasi 100 trilioni di volte più velocemente del supercomputer più avanzato del mondo.

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Il cinese Jiuzhang dimostra la supremazia quantistica Crediti: Courtesy: Chao-Yang Lu

I computer quantistici potrebbero superare di gran lunga le prestazioni di quelli tradizionali ma per ora gli scienziati stanno ancora valutando se possono raggiungere le aspettative. L'obiettivo è arrivare alla cosiddetta "supremazia quantistica" (o "vantaggio quantistico"), in cui un computer quantistico può superare i computer convenzionali in almeno un tipo di attività. Ad oggi solo il Sycamore di Google ha raggiunto questa impresa. L'anno scorso il colosso di Mountain View ha dichiarato di aver costruito un computer in grado di eseguire un calcolo in 200 secondi che richiederebbe ai supercomputer più veloci circa 10.000 anni (affermazione contestata da IBM, la quale ha chiarito che uno dei suoi classici supercomputer avrebbe potuto fare altrettanto bene grazie ad algoritmi noti).

Mentre Sycamore era basato sui qbit, i ricercatori cinesi hanno costruito un circuito ottico che ha eseguito un calcolo quantistico chiamato campionamento del bosone gaussiano (Gaussian boson sampling o GBS), un algoritmo di simulazione standard utilizzato per dimostrare la velocità computazionale quantistica. Lo studio è stato guidato da Jian-Wei Pan e Chao-Yang Lu dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei.

Il campionamento del bosone è un modo per calcolare la risposta di un circuito ottico lineare che ha più ingressi e più uscite. I singoli fotoni entrano nel circuito in parallelo e incontrano componenti ottici come divisori di fascio. A causa della loro natura bosonica, se due fotoni arrivano contemporaneamente ad un "divisore di fascio", seguono entrambe lo stesso percorso. Questa proprietà rende estremamente difficile utilizzare un computer convenzionale per calcolare l'uscita del circuito anche per un numero modesto di fotoni di ingresso e canali di uscita.

Un circuito di campionamento del bosone può essere pensato come una matrice che effettua una trasformazione sui fotoni in ingresso. Il calcolo dell'output implica l'elaborazione del "permanente" della matrice, che è correlato al determinante della matrice stessa ma è molto più difficile da calcolare. Il campionamento del bosone determina il permanente inviando gruppi di singoli fotoni nel circuito ottico e misurando l'uscita.

In questa applicazione, invece dei singoli fotoni, gli scienziati hanno usato stati di luce compressa monomodale. Il computer quantistico cinese, chiamato Jiuzhang, è un circuito ottico con 100 ingressi e 100 uscite e comprende 300 divisori di fascio e 75 specchi disposti in modo casuale. Il sistema è completamente connesso, quindi un fotone che attraversa qualsiasi porta di ingresso può emergere da qualsiasi porta di uscita. Il sistema basato sul campionamento del bosone gaussiano ha impiegato circa 200 secondi per effettuare il calcolo desiderato, mentre il team stima che il supercomputer più veloce della Cina Sunway TaihuLight impiegherebbe 2,5 miliardi di anni per raggiungere lo stesso risultato.

"Questo esperimento è sicuramente una pietra miliare importante per le simulazioni quantistiche basate su sistemi ottici lineari", ha commentato Christine Silberhorn dell'Università di Paderborn in Germania, che insieme ai colleghi ha proposto per la prima volta GBS nel 2017. "Nel 2021, renderemo la macchina GBS più programmabile, più compatta e più stabile e cercheremo applicazioni pratiche", ha aggiunto Lu.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore ed image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
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