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Tag: QUANTENCOMPUTER

  • L’entanglement quantistico – la danza ultraveloce delle particelle

    L’entanglement quantistico – la danza ultraveloce delle particelle

    L’entanglement quantistico si verifica quando due o più particelle rimangono in uno stato in cui lo stato di una particella è inestricabilmente legato a quello dell’altra. Questa connessione rimane anche a grandi distanze, in modo che un cambiamento in una particella abbia un effetto immediato sull’altra. Albert Einstein ha descritto questo effetto come “azione spettrale a distanza” Questa proprietà fondamentale della fisica quantistica è un elemento importante per molte applicazioni pionieristiche.


    Il ruolo del tempo nell’entanglement quantistico    Sebbene l’entanglement quantistico sia estremamente veloce, non è istantaneo. Utilizzando metodi di misurazione di alta precisione, la TU Wien ha stabilito che la formazione dell’entanglement avviene in un periodo di attosecondi. La ricerca dimostra che, sebbene i processi quantistici abbiano un effetto immediato, possono essere misurati nel tempo. Un impulso laser rilascia un elettrone da un atomo, facendo sì che un altro elettrone venga messo in uno stato di energia superiore – questi due elettroni sono poi entangled.


    Misurare gli attosecondi – uno sguardo all’inimmaginabile    L’intervallo di tempo in cui avviene l’entanglement quantistico è così breve che viene misurato in attosecondi – un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Queste misurazioni sono state effettuate utilizzando simulazioni avanzate e impulsi laser ultracorti e hanno rivelato che il “tempo di nascita” dell’entanglement degli elettroni è di 232 attosecondi. Questo progresso consente ai ricercatori di osservare direttamente la dinamica di questi processi ultracorti e di ricrearli negli esperimenti.


    Simulazioni a livello di attosecondi – una svolta nella ricerca quantistica    Combinando simulazioni ed esperimenti, i ricercatori della TU Wien sono riusciti a riprodurre con precisione il processo di entanglement quantistico. I risultati, pubblicati su “Physical Review Letters”, sono considerati una pietra miliare e creano nuove prospettive per le applicazioni nella crittografia quantistica e nei computer quantistici, in cui l’entanglement gioca un ruolo centrale. La possibilità di analizzare i processi quantistici in attosecondi apre nuove strade per l’ulteriore sviluppo dei sistemi tecnologici quantistici.


    La comprensione del tempo nella fisica quantistica    La ricerca attuale dimostra che la comprensione classica del tempo non è sufficiente per descrivere gli effetti quantistici. Nel mondo quantistico, gli stati sorgono e scompaiono in intervalli di tempo minuscoli che sono quasi incomprensibili per noi. “L’elettrone non salta fuori dall’atomo, ma è un’onda che esce lentamente dall’atomo”, spiega la Prof.ssa Iva Březinová della TU Wien.


    Applicazioni dell’entanglement quantistico – una tecnologia per il futuro    L’entanglement quantistico è molto più di un fenomeno affascinante; costituisce la base di tecnologie rivoluzionarie come la crittografia quantistica, che consente sistemi di comunicazione estremamente sicuri, e i computer quantistici, che eseguono calcoli potenzialmente complessi in modo più rapido ed efficiente dei computer classici. Decifrando i processi ultraveloci dell’entanglement quantistico, i ricercatori ottengono intuizioni che rendono possibile la progettazione di queste tecnologie in modo sicuro ed efficiente.

    La ricerca sull’entanglement quantistico su scala di attosecondi rappresenta una svolta nella comprensione della fisica quantistica e offre un enorme potenziale per le tecnologie del futuro. La comprensione precisa di questi processi consente di sviluppare ulteriormente applicazioni come la crittografia e l’informatica quantistica, cambiando radicalmente il mondo dell’elaborazione delle informazioni e della sicurezza.

  • Una scoperta nella tecnologia di calcolo quantistico

    Una scoperta nella tecnologia di calcolo quantistico

    I computer quantistici potrebbero cambiare radicalmente la nostra comprensione della risoluzione dei problemi e dei calcoli nel prossimo futuro. Tuttavia, la tecnologia deve ancora affrontare un ostacolo cruciale: la prontezza di errore dei bit quantistici, che sono i mattoni centrali dei computer quantistici. Google ha raggiunto una pietra miliare significativa con il suo ultimo successo nella correzione degli errori quantistici.

    I ricercatori del Quantum Artificial Intelligence Lab di Google sono riusciti a combinare 97 bit quantistici soggetti a errori in un bit quantistico logico che ha un tasso di errore significativamente inferiore. Si tratta di un passo importante sulla strada dei computer quantistici tolleranti agli errori, che potrebbero eseguire calcoli complessi in futuro.


    Sfide della correzione degli errori quantistici    La sfida più grande per i computer quantistici è l’alta probabilità di errori durante le operazioni di calcolo. Nei sistemi attuali, la probabilità di errore è compresa tra lo 0,01 e l’1 percento, a seconda dell’operazione. Poiché i computer quantistici richiedono potenzialmente migliaia di passaggi di calcolo, ciò significa che la possibilità di errori aumenta in modo esponenziale. Senza un’efficace correzione degli errori, i vantaggi dei computer quantistici sarebbero quasi impossibili da utilizzare nella pratica.

    I ricercatori di Google hanno sviluppato un metodo in cui le informazioni quantistiche sono distribuite su diversi bit quantistici. I bit di misurazione assicurano la stabilità degli stati senza modificare direttamente le informazioni. Questo approccio ridondante, utilizzato anche nei computer classici, ha portato alla formazione di un bit quantico logico più robusto.


    Un progresso decisivo – ma non ancora l’obiettivo    Google è stato in grado di raggiungere una soglia di errore critica, riducendo il tasso di errore di un sistema di bit quantistici da 97-qubit alla metà di quello di un sistema da 49-qubit. Questo progresso è molto apprezzato dagli esperti e può essere paragonato ai risultati rivoluzionari del 2019, quando Google ha dimostrato per la prima volta che i computer quantistici possono superare i computer convenzionali in alcuni compiti.

    Nonostante questo sviluppo promettente, la ricerca quantistica deve ancora affrontare enormi sfide. Il prossimo passo consiste nell’eseguire operazioni di calcolo di base con i bit logici quantistici stabilizzati. A lungo termine, questi bit stabili saranno utilizzati per consentire calcoli complessi e tolleranti ai guasti.


    Computer quantistici tolleranti ai guasti e loro applicazione    Sebbene i progressi fatti finora siano impressionanti, c’è ancora molta strada da fare prima che i computer quantistici siano in grado di risolvere problemi davvero complicati. Si stima che siano necessari circa 1457 bit quantistici fisici per raggiungere un tasso di errore di 1 su 1.000.000 – un requisito minimo per risolvere problemi semplici.

    Per le sfide complesse, come la violazione dei moderni metodi di crittografia, sono necessari addirittura migliaia di bit quantistici logici. Pertanto, sono urgenti ulteriori progressi nella correzione degli errori quantistici e algoritmi più efficienti per ridurre il numero necessario di bit quantistici fisici.


    Un percorso chiaro    I risultati attuali di Google e di altri gruppi di ricerca costituiscono una solida base per lo sviluppo dei computer quantistici del futuro. Anche se rimangono molti ostacoli tecnici, i recenti progressi stanno rendendo più tangibile l’obiettivo di un computer quantistico potente e tollerante ai guasti. Resta da vedere se e come la tecnologia si affermerà nella pratica, ma le prospettive sono ora più chiare che mai.

  • I ricercatori della ZHAW applicano con successo i computer quantistici nella pratica

    I ricercatori della ZHAW applicano con successo i computer quantistici nella pratica

    I computer quantistici non solo conoscono lo stato 0 e 1, ma possono rappresentare diversi stati tra 0 e 1 attraverso i cosiddetti qubit – analoghi ai bit dei computer classici – e quindi calcolare molti risultati possibili contemporaneamente. Tuttavia, i qubit sono suscettibili di errori, ad esempio a causa di influenze esterne come le fluttuazioni di temperatura o le radiazioni elettromagnetiche. Ma anche i processi interni possono causare errori di calcolo, poiché i qubit rimangono in uno stato stabile solo per un breve periodo di tempo. Ecco perché sono necessari gli algoritmi più piccoli possibili, con i quali i computer quantistici possono calcolare i risultati il più rapidamente possibile, prima che i qubit diventino instabili.


    Sfruttare la forza dei computer quantistici in modo mirato Finora si è lavorato soprattutto a livello teorico su come questi vantaggi dei computer quantistici possano essere utilizzati nel campo dell’apprendimento automatico quantistico. Tuttavia, questa tecnologia informatica non è stata quasi mai applicata nella pratica. I ricercatori della ZHAW hanno ora scelto, per la prima volta, un nuovo metodo con cui i computer quantistici possono ottenere risultati più precisi per problemi complessi. “Utilizzando un approccio ibrido, abbiamo implementato la parte più complessa di un algoritmo in un computer quantistico, pur consentendo a un computer classico di calcolare la parte restante”, spiega Kurt Stockinger, ricercatore della ZHAW. L’algoritmo di apprendimento automatico utilizzato in questo caso serve a classificare gli oggetti. Poiché i computer quantistici sono particolarmente forti nei calcoli altamente complessi, ma non offrono alcun vantaggio rispetto ai computer classici nei compiti semplici, una combinazione di entrambi i sistemi potrebbe effettivamente essere una soluzione efficiente.


    Testati con i computer quantistici di IBM I ricercatori della ZHAW hanno condotto i loro esperimenti con un totale di cinque serie di dati, facendo eseguire i calcoli ai computer quantistici e classici e confrontando i risultati tra loro. Per farlo, hanno utilizzato l’opzione di aggancio diretto a un computer quantistico IBM. In questo modo, hanno potuto simulare il calcolo e farlo eseguire effettivamente da un computer quantistico. L’approccio è stato testato, tra l’altro, sul cosiddetto set di dati dell’iride, che contiene informazioni sui fiori e viene utilizzato per classificare le singole specie floreali. Ed effettivamente, il metodo ibrido ha portato a risultati più precisi. “Siamo stati in grado di dimostrare che i problemi classici di apprendimento automatico possono essere risolti meglio con l’approccio ibrido che con i computer classici”, riassume Stockinger.


    Ottimizzare le reti neurali con i computer quantistici I ricercatori della ZHAW hanno utilizzato anche le reti neurali, perché sono in grado di riconoscere modelli complessi all’interno di grandi quantità di dati su più livelli. Il team guidato da Kurt Stockinger e Rudi Füchslin ha utilizzato un set di dati meteo con molti parametri interdipendenti come l’umidità, la pressione dell’aria o la temperatura e lo ha inserito in una rete neurale per ottenere alla fine il risultato “pioggia” o “sole”. “Abbiamo implementato un certo livello di questa rete nel computer quantistico. Questo permette di calcolare ed esaminare diverse dipendenze allo stesso tempo. In questo modo è possibile fare previsioni meteorologiche molto più accurate”, descrive Stockinger il vantaggio del metodo. “Tuttavia, la ricerca in questo campo è ancora agli inizi, in quanto sono necessarie ulteriori indagini su come le reti neurali possono essere implementate in modo più efficace in un computer quantistico”.


    Diverse possibilità per l’industria e la scienza “Ora siamo passati dalla teoria all’applicazione. Ciò significa che la tecnologia sta diventando interessante anche per le aziende”, afferma Stockinger. Molte aziende stanno già mostrando grande interesse per i vantaggi dell’informatica quantistica, anche in vista delle possibilità nella tecnologia della sicurezza. “In particolare, le banche hanno un forte interesse per questa tecnologia, in quanto i loro metodi di crittografia potrebbero essere violati dai computer quantistici”, spiega il ricercatore della ZHAW. La tecnologia può essere utilizzata anche in molti altri settori, come lo sviluppo di materiali nuovi e migliorati o di farmaci. “Si tratta delle stesse aree di applicazione dell’apprendimento automatico, con la differenza fondamentale che i computer quantistici possono fornire risultati più rapidi e precisi”, riassume Kurt Stockinger.

  • La tecnologia quantistica influenza gli sviluppi futuri dell’area

    La tecnologia quantistica influenza gli sviluppi futuri dell’area

    I computer quantistici aiuteranno a costruire nuovi tipi di piattaforme per i farmaci e rivoluzioneranno allo stesso tempo lo sviluppo dei farmaci. La crittografia quantistica rivoluzionerà completamente anche l’internet banking. Se allora ci saranno ancora molte banche tradizionali è una domanda a cui può rispondere da solo. Le banche, tuttavia, sono una parte fondamentale dell’industria immobiliare. La rivoluzione è in arrivo e molto probabilmente ci saranno dei perdenti.

    L’informatica quantistica rivoluzionerà completamente l’intero settore IT e IoT entro 20 anni e l’elaborazione dei dati diventerà più veloce di un fattore 1.000. Un’attività di calcolo che oggi richiede 24 ore, tra 20 anni richiederà meno di 2 minuti. Per compiti speciali, saranno disponibili computer quantistici che saranno 100.000 volte più veloci. In altre parole, saranno in grado di risolvere compiti che oggi non possono essere risolti. Questa è la rivoluzione che cambierà completamente il mondo del lavoro. Chi padroneggia la tecnologia sarà in grado di giocare nel settore, chi la trascura avrà dei problemi. Ciò significa preparare la forza lavoro di domani per il futuro quantistico. Poiché i computer quantistici sono arrivati nell’industria più di 5 anni fa, anche le PMI di medie e grandi dimensioni devono affrontare l’argomento, e questo è impegnativo. Aspettare non è un’opzione.

    È fondamentale che i futuri dipendenti comprendano le differenze di programmazione tra i sistemi tradizionali e quelli quantistici. Con l’informatica tradizionale, grazie al firmware ben definito (software operativo e di base) oggi non è necessario conoscere il funzionamento dell’hardware di un computer. Il programmatore deve capire come utilizzarlo. Nel settore emergente dell’informatica quantistica, con il suo mix di strategie di implementazione e tipi di hardware, la situazione è invertita. In assenza di hardware standardizzato e di firmware quantistico associato, i futuri programmatori devono sapere come funzionano i computer quantistici quando progettano le loro applicazioni software. L’utilizzo dei circuiti quantistici necessari richiede una comprensione speciale della matematica e della fisica per formulare domande e interpretare le risposte del processo quantistico. Coloro che conoscono un po’ di matematica moderna avranno enormi vantaggi.

    I prossimi 10 anni porteranno progressi significativi nell’informatica quantistica. IBM ha appena dimostrato con Spectrum Fusion 2.2 dove porterà il viaggio. Le infrastrutture corrispondenti devono essere garantite nei siti futuri. Oltre al personale formato in numero sufficiente, ciò include anche un’alimentazione sicura e una connessione esistente alla rete internazionale di fibre ottiche ad alte prestazioni. Chi non è in grado di garantire questi fattori non deve credere che il proprio sito sia pronto per l’industria del futuro e può avere conseguenze fatali per il capitale investito.