Ormai tutti sanno quanto possa essere strana la meccanica quantistica. Le cose con i computer quantistici hanno ottenuto dieci gradi di stranezza ultimamente. In primo luogo, sembra che sia stato osservato un nuovo tipo di materia con due dimensioni temporali.
Pensiamoci per un minuto. Supponiamo di esserne consapevoli nel nostro mondo fisico. Forse ci sarebbero Miller Time e Half Time contemporaneamente.
Ok, forse non è così difficile da immaginare, ma supponiamo che tu sia esistito in due linee temporali diverse, simili ma diverse. O forse tutto è lo stesso in una linea temporale ma funziona in una miniera di carbone nell’altra.
Se pensi che sia sbalorditivo, questa strana stranezza della meccanica quantistica si comporta come se avesse due dimensioni temporali invece di una; una caratteristica che secondo gli scienziati rende i qubit più robusti e in grado di rimanere stabili per periodi di tempo significativi.
Il lavoro rappresenta “un modo completamente diverso di pensare alle fasi della materia”, secondo il fisico quantistico computazionale Philipp Dumitrescu del Flatiron Institute, l’autore principale di un nuovo articolo che descrive il fenomeno.
Come hanno fatto i fisici a capirlo? Sembra che abbiano pulsato luce sui qubit in uno schema che imita la sequenza di Fibonacci. Questa è una di quelle cose che è sbalorditiva, le cose sono state scoperte nel tredicesimo secolo e compaiono in modi completamente inaspettati. Il Fibonacci è una sequenza in cui ogni numero è la somma dei due numeri precedenti e crea graficamente una bellissima spirale ripetuta in natura in un milione di modi.
E a proposito, man mano che i numeri di Fibonacci diventano grandi, il quoziente tra ogni coppia successiva di numeri di Fibonacci si avvicina a 1.612, noto già dai Greci come il rapporto aureo della bellezza. Questo algoritmo di simmetria matematica è alla base della nostra percezione dell’attrattiva. Appare anche nelle forme di galassie a spirale, uragani, gusci di lumache, nella distribuzione di petali di fiori e persino nelle proporzioni del corpo umano.
Come hanno fatto questo richiede una piccola spiegazione.
La stabilità nei computer quantistici è chiamata coerenza quantistica ed è uno degli obiettivi principali di un computer quantistico privo di errori e uno dei più difficili da raggiungere. Un problema centrale nell’informatica quantistica è la decoerenza, o il collasso della coerenza. I qubit sono un gruppo indisciplinato a causa del disturbo ambientale, del mancato mantenimento della temperatura vicino allo zero assoluto, e dell’entanglement, in cui i qubit si influenzano a vicenda. L’imposizione della simmetria è un approccio per proteggere i qubit dalla decoerenza. Un esempio di simmetria è un quadrato che, ruotato di novanta gradi, ha sempre la stessa forma. La simmetria protegge le forme da certi effetti di rotazione. È qui che entra in gioco la scoperta delle due dimensioni temporali.
Qui è dove diventa un po’ denso. Toccando i qubit con impulsi laser equidistanti garantisce una simmetria basata non nello spazio ma nel tempo, una periodicità simmetrica. Ma questi ricercatori hanno teorizzato di poter creare una quasiperiodicità asimmetrica, consentendo loro di seppellire una seconda dimensione temporale nella prima.
Effetto netto? Per la sequenza periodica, i qubit sono rimasti stabili per 1,5 secondi. Per la sequenza quasiperiodica, sono rimasti stabili per 5,5 secondi. La simmetria temporale aggiuntiva, hanno affermato i ricercatori, ha aggiunto un altro livello di protezione contro la decoerenza quantistica.
Quindi, nonostante tutta la fisica e termini come la quasiperiodicità asimmetrica, il risultato è che i ricercatori quantistici hanno ottenuto risultati significativi nel problema quantistico più scoraggiante, facendo sì che i qubit si comportino abbastanza a lungo da risolvere un problema. Se questo non è abbastanza per continuare, è stata appena rivelata un’altra sorprendente scoperta.
qubit multistato
Tutto ciò che abbiamo capito sui computer quantistici era che un singolo qubit può avere uno stato di 0 e 1 contemporaneamente (sovrapposizione), ma a quanto pare non è così. Possono avere più stati contemporaneamente. Ciò aumenta notevolmente la ricchezza e la complessità di un singolo qubit consentendo
Per decenni i computer sono stati sinonimo di informazioni binarie: zero e uno. Un team dell’Università di Innsbruck, in Austria, ha realizzato un computer quantistico che rompe questo paradigma e sblocca risorse computazionali aggiuntive nascoste in quasi tutti i dispositivi quantistici di oggi. In un articolo, il computer quantistico funziona con più di zero e uno, i ricercatori di Innsbruck, in Austria, hanno sviluppato un computer quantistico che interrompe l’operazione a 2 dimensioni.
Nel computer quantistico di Innsbruck, le informazioni vengono memorizzate in singoli atomi di calcio intrappolati. Ciascuno di questi atomi ha otto stati diversi. Non sono stato in grado di determinare perché sono le otto. Il numero atomico del calcio è 20. In genere solo due stati vengono utilizzati per memorizzare informazioni in altri computer quantistici. Quasi tutti i computer quantistici esistenti hanno accesso a più stati quantistici di quanti ne utilizzino per il calcolo.
D’altra parte, molti compiti che richiedono computer quantistici, come problemi di fisica, chimica o scienza dei materiali, sono espressi naturalmente anche nel linguaggio qudit (qudit fornisce uno spazio di stato più ampio per archiviare ed elaborare le informazioni). Riscrivendoli per i qubit spesso possono renderli troppo complicati per i computer quantistici di oggi. “Lavorare con più di zero e uno è molto naturale, non solo per il computer quantistico ma anche per le sue applicazioni, permettendoci di sbloccare il vero potenziale dei sistemi quantistici”, spiega Martin Ringbauer.
La mia opinione
Qual è il significato di tutto questo? In un articolo di due anni fa, scrissi:
Google prevede di cercare applicazioni commercialmente valide a breve termine, ma non pensano che ce ne saranno molte per altri dieci anni, un lasso di tempo che ho sentito chiamare “legato ma sciolto”. Ciò significava non più di dieci, forse prima. Nel settore, il termine per l’attuale stato dell’arte è NISQ – Noisy, Interim Scale Quantum Computing.
I computer quantistici più grandi sono nell’intervallo 50-70 qubit e Google ritiene che NISQ abbia un tetto di forse duecento. La parte “rumorosa” di NISQ è perché i qubit devono interagire ed essere vicini. Questo genera rumore. Più qubit, più rumore e più difficile è controllare il rumore.
Ma Google suggerisce che i veri problemi irrisolti in campi come l’ottimizzazione, la scienza dei materiali, la chimica, la scoperta di farmaci, la finanza e l’elettronica prenderanno macchine con migliaia di qubit e ne visualizzeranno persino un milione su un array planare inciso nell’alluminio. I principali problemi devono essere risolti, come l’eliminazione del rumore, la coerenza e la durata (un qubit mantiene la sua posizione in un piccolo intervallo di tempo).
Quindi la domanda è: questo si sta muovendo più velocemente di quanto Google immaginasse, o la loro proiezione di 10 anni era solo una falsa testa per rallentare i concorrenti?
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