Computazione quantistica, nuova tecnica per leggere lo spin elettronico

Computazione quantistica, nuova tecnica per leggere lo spin elettronico

Compiendo un piccolo passo in direzione del computer quantistico, i ricercatori della Princeton University mettono a punto una nuova tecnica per la lettura dello spin elettronico, scalabile su maggiori dimensioni per poter gestire milioni di qubit

di Andrea Bai pubblicata il , alle 16:53 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un team di ricercatori della Princeton University ha sviluppato una nuova tecnica che consente di leggere l'informazione conservata sotto forma di spin elettronico, compiendo così un ulteriore passo sulla strada che porta alla computazione quantistica. La spintronica, termine che si riferisce al modo di gestire e conservare l'informazione mediante lo spin degli elettroni e non mediante la carica elettrica, consentirà in futuro di rivoluzionare il mondo della computazione, grazie allo sviluppo di sistemi, tecniche e dispositivi più veloci ed efficienti.

Jason Petta, coordinatore del progetto, spiega come il gruppo abbia utilizzato un raggio di microonde per analizzare una coppia di elettroni intrappolata in un cosiddetto punto quantico (altresì chiamato "quantum dot"), ovvero una particolare struttura formata da due diversi semiconduttori capaci di confinare gli elettroni in una regione di spazio con determinate caratteristiche specie per quanto riguarda i livelli di energia.

"Abbiamo dato luogo ad una cavità con specchi alle due estremità, in grado di riflettere la radiazione a microonde. Abbiamo indirizzato le microonde verso una delle due estremità, per osservare come escono dall'altra estremità. Gli stati di spin degli elettroni presenti nel quantum dot influenzano le microonde e noi possiamo leggere le relative variazioni" ha raccontato Petta.

Quanto realizzato dai ricercatori potrebbe consentire, in ottica futura, di costruire computer quantistici costituiti da milioni di quantum-bit. Fino ad oggi l'attività di ricerca attorno alla computazione quantistica ha consentito la manipolazione di pochi qubit, comunque in quantità non sufficienti per la realizzazione di una macchina computazionale completa. Andrew Houck, assistente professore di ingegneria elettrica che fa parte anch'egli del team di ricercatori, osserva: "Il gioco a questo punto della compuntazione quantistica è nella costruzione di un sistema di maggiori dimensioni" [rispetto all'esperimento condotto].

La realizzazione di macchine computazionali basate sulle leggi della meccanica quantistica permetterà di rivoluzionare il mondo del computing. L'obiettivo ultimo non è la costruzione di sistemi più veloci o banalmente più potenti, ma di sistemi capaci di affrontare i problemi in maniera diversa da quanto possibile con gli strumenti attuali. Precisa Houck: "L'aspetto fondamentale di un computer quantistico non risiede nella capacità di eseguire gli stessi compiti, solo più velocemente, di un computer trazionale. Non è nulla di tutto ciò. Il computer quantistico ci permette di affrontare i problemi in maniera differente e di risolvere problemi che non possono essere affrontati con un computer tradizionale".

Petta sottolinea come i metodi utilizzati in questa sperimentazione siano scalabili e possano essere utilizzati per aprontare sistemi di maggiori dimensioni: "Per poter scalare, però, dobbiamo avanzare quanto fatto. Il prossimo passo è di realizzare migliori specchi per il punto quantico".

26 Commenti
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Perseverance23 Ottobre 2012, 17:03 #1
Attualmente mi sfuggono gli algoritmi non risolvibili dai PC, chi me li ricorda?
SUPERALEX23 Ottobre 2012, 17:11 #2
sono i problemi nn decidibili x esempio un algoritmo che ricevuto come input un altro algoritmo ti dica se quest'ultimo raggiungerà la terminazione sempre e comunque
Floris23 Ottobre 2012, 17:15 #3
Originariamente inviato da: Perseverance
Attualmente mi sfuggono gli algoritmi non risolvibili dai PC, chi me li ricorda?

Halting problem, per fare l'esempio più famoso.
In ogni caso la computazione quantistica non risolverà alcun problema che i calcolatori odierni non siano in grado di calcolare. I calcolatori quantistici sono a loro volta Turing completi come i computer odierni. Semplicemente calcolano più velocemente sfruttando un parallelismo massimo. Per ora non si sa nemmeno se possano riuscire a risolvere in tempo polinomiale problemi in NP. Per cui sarebbero solo più veloci, molto più veloci ma dal punto di vista teorico non abbatterebbero alcuna barriera computazionale.
Ovviamente quanto detto al meglio delle mie conoscenze e dei progressi attuali!

Edit: Quando si parla di: "risolvere problemi che non possono essere affrontati con un computer tradizionale" credo si intenda problemi il cui costo computazionale è così elevato da non essere praticabile.
II ARROWS23 Ottobre 2012, 17:36 #4
Esatto, di solito si termina quella frase con "in tempi accettabili".
Un caso è purtroppo la decifrazione delle chiavi, un altro più terra terra è il navigatore... Che al giorno d'oggi presenta algoritmi piuttosto arrotondati ma che accettano l'imprecisione a favore di una soluzione che vada bene seppur non ottimale.
Mith8923 Ottobre 2012, 17:37 #5
Originariamente inviato da: Floris
Quando si parla di: "risolvere problemi che non possono essere affrontati con un computer tradizionale" credo si intenda problemi il cui costo computazionale è così elevato da non essere praticabile.


da quello che ho capito io nell'articolo dicono proprio il contrario, cioè che non conta tanto la potenza e la velocità (ovvero ciò che conta nei costi computazionali), ma il [U]modo [/U]con cui alcuni problemi potranno essere affrontati. Detto questo non ho la più pallida idea di cosa voglia dire affrontare dei problemi in modo diverso nel mondo dei computer
lucusta23 Ottobre 2012, 18:49 #6
un computer tradizionale ricerca la risposta esatta.
un computer quantico ti rende tutte le possibili risposte.

detto cosi' e' incomprensibile, ma se chiedi qual'e' la strada che richiede meno tempo da roma a pechino fermandosi per ogni locanda per la strada, un PC normale ci metterebbe secoli, tanto che il suo calcolo dovrebbe ricominciare ogni volta che apre o chiude una locanda o viene aperta o chiusa una strada, diventando impossibile.
un computer quantico, a seconda del numero dei suoi qbit, ti ridarra' tutti i possibili percorsi reali, non solo quello giusto, ma te li rendera' tutti, e tu potrai trovare la risposta giusta affrontando il problema in modo piu' dettagliato.
dipende appunto da quanti bit puoi elaborare all'unisono.
oggi i PC nostrani arrivano a 64 bit, quindi esistono 64^2 differenti istruzioni, ma se tu usassi un sistema a 1024 bit?

e' per questo che nell'articolo si dice che e' necessario avere un sistema decisamente piu' grande, tanto grande per poter risolvere problemi con molteplici variabili.

e' comunque la natura del problema che e' differente: le possibili risposte reali mi servono tutte e subito, perche' tra' un infinitesimo le condizioni sono cambiate e quindi le risposte sono diverse...

diciamo, per assurdo, che riusciresti a conoscere posizione e moto di una qualsiasi particella, in barba al principio di indeterminazione di heisenberg....
vabe', ho esagerato con quest'ultima affermazione.
lucusta23 Ottobre 2012, 19:00 #7
scusami, riformulo la risposta per renderla piu' comprensibile, spostandola sui computer molecolari.

bene, in natura gia' esistono i computer molecolari, ed hanno gia' risposto ad una domanda: puo' esistere la vita?
ci hanno messo milioni d'anni, combinazioni e ricombinazioni di molecole, interazione tra di loro, biosistema, ecc... , ma alla fine la risposta, reale e tangibile, la hai tu stesso, perche' sei te stesso.

ora, aspettare qualche milione di anni per avere una risposta e', oggi giorno, impraticabile.

se avessi avuto un computer quantico di nmila qubit per inserire tutti i dati degli atomi e le loro caratteristiche fisiche e le interazioni che hanno, ed avessi posto la stessa domanda, nel calcolo quantico si sarebbero ottenute tutte le risposte, anche quelle ricombinazioni che non portavano a nulla, per dire che la vita puo' esistere, e probabilmente avrebbe dato decine di variazioni di queste, basate su carbonio, silicio, o arsenico....
grogdunn23 Ottobre 2012, 19:53 #8
Originariamente inviato da: Perseverance
Attualmente mi sfuggono gli algoritmi non risolvibili dai PC, chi me li ricorda?


bhe come detto ci sono i problemi NP completi che all'aumentare della lunghezza dell'input il tempo di computazione aumenta in moto esponenziale.
se con 1 dato ci stà un secondo con 10 dati un programma "normale" dovrebbe stare 10 secondi (in prima approssimazione) se il problema è np completo ci vuole (sparando un numero) un anno!
su questa teoria si basa tutta la storia delle chiavi pubbliche/private e la sicurezza online... se vuoi azzeccare la chiave ci stai alcune migliaia di anni...

poi da quanto so questi qbit possono essere nello stato 1 e 0 contemporaneamente (o avere lo stato intermedio di indefinitezza? non ricordo...) quindi penso che aprano le porte a tutto un'altro modo di "computare"... insomma un bel (interessante) casino
Yakkuz23 Ottobre 2012, 20:19 #9
Sinceramente, non riesco a seguire il discorso

Tempistiche a parte, è proprio il concetto di algoritmo non risolvibile che mi sfugge...
SUPERALEX23 Ottobre 2012, 21:13 #10
nn risolvibile nel senso che nn termina...cosa che va contro la definizione di algoritmo

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