Supremazia quantistica utilizzando la fotonica: cosa significa battere i computer tradizionali

Oltre un anno fa Google annunciava di aver ottenuto la cosiddetta supremazia quantistica (quantum supremacy, in inglese): Google ha conquistato la supremazia quantistica: cosa significa.
Con questo temine si fa riferimento all’avvenuta risoluzione di problemi che i computer tradizionali non riescono a gestire o che comunque non possono essere affrontati in tempi ragionevoli.

La rivista Science ha appena pubblicato il lavoro di un team di ricercatori cinesi che affermano di essere pervenuti alla supremazia quantistica usando approccio e tecnologie diverse da quelle adottate da Google.

Un sistema chiamato Jiuzhang ha permesso di raggiungere l’obiettivo prefisso con pochi minuti di calcoli contro i due miliardi di anni che si stima avrebbe dovuto impiegare uno dei più potenti supercomputer al mondo.

Lo studio, condotto in ambito universitario presso il polo di scienza e tecnologia di Hefei (Cina), è stato portato a conclusione utilizzando la fotonica ovvero la manipolazione dei fotoni, particelle elementari della radiazione elettromagnetica. Google aveva invece utilizzato circuiti quantistici realizzati ricorrendo a superconduttori.

Mentre il computer quantistico di Google deve essere immerso in un ambiente ultrafreddo, la soluzione basata sulla fotonica sviluppata in Cina non soffre di tale svantaggio e sulla carta potrebbe essere di più semplice realizzazione e distribuzione commerciale.
D’altra parte, però, l’approccio cinese sembra essere meno adatto per una riprogrammazione al fine di risolvere compiti molto diversi. In questo caso la programmazione era codificata in modo permanente sui circuiti ottici.
Abbiamo inoltre spesso ricordato che fattori esterni, anche con l’introduzione di minime variazioni, possono perturbare il comportamento dei computer quantistici e alterare i risultati forniti.

Nell’articolo Codice binario, bit e byte: cosa c’è da sapere abbiamo visto il ruolo che rivestono i bit negli attuali computer.
Essi memorizzano due soli stati (0 e 1) a differenza di quanto possibile con i computer quantistici che ricorrendo al principio della sovrapposizione degli effetti e all’entanglement possono gestire un numero di stati notevolmente più elevato, ad esempio 4 stati con 2 qubit, 16 stati con 4 qubit, 256 stati con 16 qubit e così via.

Google Sycamore, il computer quantistico presentato lo scorso anno dalla società fondata da Larry Page e Sergey Brin, utilizzava 54 qubit. Uno di essi ha evidenziato malfunzionamenti ma i restanti 53 qubit hanno permesso comunque di giungere alla supremazia quantistica rispetto ai computer tradizionali nella risoluzione di uno specifico problema di statistica.

Anche il team cinese ha utilizzato un test statistico per dimostrare la superiorità quantistica: in questo caso sono stati però usati fotoni che viaggiavano attraverso circuiti ottici disposti su un banco di laboratorio e guidati da specchi. Ogni fotone viene paragonato a un qubit.
Quello appena compiuto viene considerato come un primo importante passo nell’utilizzo della fotonica per la realizzazione di computer quantistici.

Maggiori informazioni sullo studio realizzato dagli accademici cinesi sono disponibili in questo articolo.