Scienziati al lavoro per portare le proprietà dei computer quantistici ai computer classici

Un gruppo di scienziati dell’Università di Linköping ha dimostrato come funziona un computer quantistico e sono stati in grado di simulare le proprietà di esso in un computer classico.

“I nostri risultati dovrebbero essere altamente significativi per determinare come costruire un computer quantistico”, ha detto il professor Jan-Åke Larsson.

La Svezia, l’Europa e altre parti del mondo hanno investito grandi risorse e si sono concentrate sulla ricerca per creare computer quantistici super veloci e potenti. Entro dieci anni, si prevede che verrà costruito un computer quantistico svedese e l’UE ha considerato la tecnologia quantistica come uno dei suoi principali progetti.

Attualmente, abbiamo pochi algoritmi utili che possono essere utilizzati per i computer quantistici. Anche se è così, questo tipo di tecnologia sarà estremamente importante per le simulazioni di sistemi biologici, chimici e fisici. Molti di questi sono troppo complessi per i computer più potenti che abbiamo attualmente. In un computer, un bit può avere il valore di uno o zero, ma un bit quantistico può avere tutti i valori intermedi. Ciò significa che i computer quantistici non devono eseguire così tante operazioni per ogni calcolo che viene eseguito.

Il professor Jan-Åke Larsson e il suo studente di dottorato Niklas Johansson, del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Linköping, hanno capito gran parte del perché un computer quantistico è più potente di uno classico. Hanno anche esaminato cosa succede all’interno di un computer quantistico.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Entropy.

“Abbiamo dimostrato che la principale differenza è che i computer quantistici hanno due gradi di libertà per ogni bit. Simulando un grado di libertà aggiuntivo in un computer classico, possiamo eseguire alcuni degli algoritmi alla stessa velocità che avrebbero in un computer quantistico”, dice Jan-Åke Larsson.

Il team ha creato uno strumento di simulazione chiamato Quantum Simulation Logic, o QSL. Consente loro di simulare il funzionamento di un computer quantistico su un computer classico. La Quantum Simulation Logic ha una proprietà specifica, e è l’unica proprietà, che un computer quantistico ha e un computer classico no. È un grado di libertà aggiuntivo per ogni bit che fa parte del calcolo.

“Così, ogni bit ha due gradi di libertà: può essere paragonato a un sistema meccanico in cui ogni parte ha due gradi di libertà – posizione e velocità. In questo caso, ci occupiamo di bit di calcolo – che portano informazioni sul risultato della funzione, e bit di fase – che portano informazioni sulla struttura della funzione”, spiega Jan-Åke Larsson.

Lo strumento QSL è stato utilizzato dal team per studiare alcuni degli algoritmi quantistici responsabili della gestione della struttura della funzione. Molti di questi algoritmi sono così veloci nelle simulazioni come lo sarebbero in un computer quantistico.

“Il risultato mostra che la maggiore velocità nei computer quantistici deriva dalla loro capacità di memorizzare, elaborare e recuperare informazioni in un grado di libertà aggiuntivo. Ciò ci consente di capire meglio come funzionano i computer quantistici. Inoltre, questa conoscenza dovrebbe rendere più facile costruire computer quantistici, poiché sappiamo quale proprietà è più importante perché il computer quantistico funzioni come previsto”, dice Jan-Åke Larsson.

Il team ha anche costruito una versione fisica con componenti elettronici. Hanno utilizzato gate simili a quelli dei computer quantistici e uno strumento simula come funziona il computer quantistico. Ciò può consentire agli studenti e ad altri di simulare e capire come funziona la crittografia quantistica e il teletrasporto quantistico, tra gli altri aspetti dei computer quantistici.

Questa nuova ricerca può aggiungersi al crescente incrocio tra calcolo quantistico e intelligenza artificiale. Uno di questi incroci è la mappatura delle caratteristiche. Altre ricerche condotte da scienziati di IBM Research, MIT e Oxford hanno mostrato che man mano che i computer quantistici diventano più potenti, saranno in grado di eseguire la mappatura delle caratteristiche su strutture di dati complesse, qualcosa che i computer classici non possono fare. La mappatura delle caratteristiche è importante all’interno dell’apprendimento automatico e può portare a un’intelligenza artificiale più efficace che potrebbe identificare modelli nei dati che i computer classici non possono rilevare.

Man mano che si svolge sempre più ricerca in questi campi, ci sarà un incrocio sempre maggiore tra i due settori importanti.