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Il computer impossibile | Fantascienza.com
Su Fantascienza.com la recensione di Emanuele Manco a Il computer impossibile, saggio legato ai concetti della computazione quantistica scritto da Giuliano Benenti, Giulio Casati, Simone Montangero; un estratto:
Uno spunto per intuire le intenzioni del saggio Il computer impossibile è dato proprio dall’aggettivo “impossibile”. È possibile fissare in un volume lo stato dell’arte di una materia che è in continua evoluzione, se non ebollizione?
Al di là dei proclami che la cronaca ci porta su nuovi computer quantistici sempre più potenzialmente superiori, di presunte “quantum supremacy” che si rincorrono l’una con l’altra, resta il fatto che per capire di cosa si stia parlando servono alcune basi. Serve una ulteriore biforcazione: prima di unire le parole “computer” e “quantistico”, c’è una strada evolutiva parallela che riguarda i due termini.
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Il computer impossibile. Come il calcolatore quantistico cambierà il mondo | FantasyMagazine
Su FantasyMagazine la segnalazione di Emanuele Manco del saggio Il computer impossibile. Come il calcolatore quantistico cambierà il mondo, a cura di Giuliano Benenti, Giulio Casati e Simone Montangero; questa è la quarta:
Il computer quantistico del futuro potrebbe eseguire in pochi secondi calcoli che oggi richiederebbero milioni di anni al più potente supercalcolatore esistente. Ma come funzionano questi “computer impossibili”? E perché sono così straordinariamente efficienti?La prima rivoluzione quantistica ha trasformato la nostra comprensione del mondo, costringendoci a rinunciare a una visione deterministica dell’universo. La seconda rivoluzione, già in corso, mira a costruire vere e proprie macchine: computer che seguono la logica quantistica, un Internet intrinsecamente sicuro e sensori ultra precisi che cambieranno la nostra vita quotidiana, dalla medicina alla sicurezza informatica. È vero che “Dio gioca a dadi” e con quei dadi si potrà creare la tecnologia del futuro. Scritto in modo chiaro e accessibile, questo libro accompagna il lettore dalla comprensione dei principi fondamentali della teoria quantistica fino alle nuove tecnologie che trasformeranno il mondo.
Microsoft annuncia l’arrivo di “Majorana 1”, il processore da un milione di qubit | Fantascienza.com
Su Fantascienza.com la descrizione tecnica, tecnologica e matematica – a opera di Emanuele Manco – del nuovo processore quantistico di Microsoft, “Majorana 1”, di cui parlavo ieri qui in termini distopici per quello che può accelerare nel nostro mondo; un estratto:
Come se fosse la singolarità tecnologica, Microsoft ha annunciato l’arrivo del processore Majorana 1, con l’intenzione di spalancare le porte di una nuova era della computazione quantistica. Si tratta di un processore quantistico che nelle intenzioni di Microsoft rappresenterebbe molto più di una semplice evoluzione tecnologica, bensì una vera e propria rivoluzione nel modo in cui pensiamo alla materia e all’informazione. Come un esploratore che scopre un nuovo continente, Microsoft ha mappato un territorio della fisica finora solo teorizzato, trasformando concetti astratti in realtà tangibile.
Secondo Microsoft questa innovazione potrebbe essere un punto di svolta nella storia della computazione quantistica, accelerando drammaticamente il percorso verso computer quantistici pratici e utilizzabili. Non staremmo più parlando di decenni di attesa, ma di anni – forse anche meno. È come se avessimo improvvisamente accelerato il ritmo dell’innovazione tecnologica, aprendo la porta a un futuro che fino a ieri sembrava fantascienza. Ma vediamo i dettagli annunciati.
Immaginiamo di entrare nel cuore di questa innovazione: i superconduttori topologici. Questi materiali sono come dei ballerini quantistici che eseguono una coreografia mai vista prima, creando uno stato della materia che sfida le nostre categorie tradizionali. Non è solido, non è liquido, non è gas – è “topologico”, come se la natura stessa avesse deciso di inventare un nuovo stato di aggregazione. Questi materiali nascono dall’unione di semiconduttori come l’arseniuro di indio con superconduttori come l’alluminio, orchestrati a livello atomico per creare nanofili superconduttivi topologici. È come costruire un ponte quantistico tra il mondo che conosciamo e quello delle possibilità infinite.
IA & Elaborazione quantistica: una nota
La scintilla che ha dato vita a questa nota si è accesa leggendo l’articolo di Wired, in cui Microsoft annuncia il processore quantistico “Majorana 1”, un nuovo oggetto in grado di sfruttare una recente tecnologia dove viene applicata una particolare matematica, così da realizzare concretamente – nel giro di pochi anni – un tipo di computazione estremamente veloce con una bassa densità di errori.
Fin qui, nulla di nuovo, parliamo di una ricerca che viene approfondita già da anni: il calcolo quantistico è già realizzato con macchine apposite, ma provate a coniugare quella computazione con le IA, cosa potrebbe scaturirne? Il risultato sarà la comunione tra le possibilità cognitive della intelligenze artificiali, di per sé rapide, e le mostruose potenze di calcolo dei computer quantistici, enormemente più veloci rispetto ai calcolatori attuali; il risultato sarà quindi un controllo totale e immediato su ogni conversazione, azione, fino a predire i desideri e le mosse di tutta la popolazione umana.
Pensate a tutti i miliardi di videocamere installate in giro per il mondo, per esempio, già in grado di scansionare l’intera attività umana in tempo reale e, con l’ausilio delle IA, capaci di carpire cosa il singolo individuo sta facendo; con altrettanta solerzia e grazie al calcolo quantistico, quel sistema di sorveglianza sarà in grado di catalogare e documentare, scavando negli archivi più oscuri del web, comprendendo infine cosa il singolo sta pensando: perché la potenza di calcolo dei computer quantistici può offrire una valida velocità di elaborazione a questo processo di controllo, finendo per eliminare gli errori previsionali e rumori di fondo dell’algoritmo di catalogazione, sfociando nella predizione.
Insomma, la “precog” di Dick sta per arrivare, e per certi versi è già qui; il controllo totale da parte delle élite mondiali è prossimo a realizzarsi. Ma la cosa più agghiacciante di tutto questo discorso è che non saranno loro, questi signori privilegiati, i veri beneficiari del flusso distopico che ho descritto, ma il sistema stesso di controllo, un organismo disincarnato e inumano che va a braccetto col costrutto economico liberista, altro elemento pervasivo, inumano e disincarnato che flagella l’umanità.
La sfida Cnr-Google a colpi di qubit | OggiScienza
Su OggiScienza un articolo che esplora le nuove visioni della computazione quantistica. Il tutto ha quasi sapore di magia, questo aprirsi di porte infinite laddove servano ha un qualcosa di mistico, eppure è tecnologia che parla con fibre d’infinito, e ciò mi rende elettrizzato.
“In questo momento i computer quantistici rappresentano il futuro – spiega Prati, che ha collaborato con l’Università di Milano e il Politecnico meneghino – Non abbiamo ancora un hardware abbastanza potente, ma nel frattempo possiamo costruire dei software che ci permettano di sviluppare al meglio la tecnologia non appena l’infrastruttura sarà pronta”.
Il nucleo della scoperta di Prati e compagni (che è stata brevettata) ruota attorno alle porte logiche: “Nei computer tradizionali, sono circuiti che permettono le operazioni tra i bit. – spiega il ricercatore – A partire da queste operazioni elementari, si costruiscono tutte le operazioni possibili per un computer, come se fossero dei piccoli mattoncini”. Allo stesso modo, un computer quantistico si basa sui bit quantistici, “mattoncini con cui si costruiscono tutte le operazioni di livello più alto”.
In un computer quantistico le porte logiche sono una quantità finita e dunque possono essere “combinate” solo in un certo numero di modi. “Con il nostro metodo, è possibile costruirle in tempo reale: se mentre si sta lavorando a un problema ci si accorge che servirebbe una porta logica per risolvere un calcolo già in corso, la si può creare sul momento. Questo significa modificare il programma in tempo reale, mentre viene eseguito”. Di fatto, si tratta di un compilatore quantistico in grado di programmare un algoritmo su qualsiasi computer quantistico basato su porte logiche. Si tratta di un capovolgimento non da poco: invece di adattare il proprio lavoro a quello che già esiste, si possono creare soluzioni adatte al tipo di calcolo in corso.
Usanze
Eccellenze e supposizioni nelle finestre di probabilità: è sempre più difficile scegliere cosa si potrà essere, se si sceglie la via dell’aumento delle profondità architetturali qubit.
Come cambieranno i computer… | ilcantooscuro
Dal blog di Alessio Brugnoli considerazioni sul futuro della computazione digitale, sul DNA e sulla tecnologia quantica. Un estratto:
Per quanto i transistor di oggi siano microscopici, occupano ancora spazio fisico. C’è un limite a quanto piccolo sia possibile produrre qualsiasi cosa che occupi spazio fisico.
Ora ci stiamo avvicinando a questo limite con i transistor. Quindi i progressi previsti dalla legge di Moore devono rallentare. In effetti, la legge di Moore sta già rallentando: molti esperti prevedono che essa si degraderà del tutto tra il 2022 e il 2025.
Ciò significa che il progresso si fermerà? Neanche per sogno. Le nuove tecnologie riprenderanno dove la legge di Moore si allontana. Ci sono tre entusiasmanti tecnologie informatiche in fase di sviluppo che dovresti conoscere.1. Il calcolo 3D raggiunge il mercato entro la fine dell’anno
Cosa fa una città quando è a corto di terra? Costruisce grattacieli. Costruendo “in alto” puoi creare un immobile con l’impronta di un edificio a un piano, ma che contiene 100 volte più persone. Qualcosa di simile sta appena iniziando con il computing.
I chip impilati in 3D sono di gran lunga superiori a quelli affiancati. Non solo puoi montare multipli di transistor nello stesso ingombro. Puoi anche integrare meglio tutte le funzioni del chip.Questo riduce la distanza delle informazioni che devono viaggiare. E crea molti più percorsi di flusso delle informazioni. Il risultato sarà qualcosa di molto più veloce e potente in un piccolo spazio. Alla fine, i chip 3D potrebbero essere 1.000 volte più veloci di quelli esistenti.2. Il DNA computing è un po’ più lontano, ma il suo potenziale è sbalorditivo
Il DNA porta le istruzioni che consentono la vita. Una libbra di DNA ha la capacità di memorizzare più informazioni di tutti i computer mai costruiti. Per quanto incredibile possa sembrare, il DNA può essere usato per il calcolo. Un computer di DNA di dimensioni miniaturizzate potrebbe teoricamente essere più potente dei supercomputer attuali. (Nota mia: per saperne di più, è interessante leggere questo articolo)
3. L’ informatica quantistica potrebbe essere l’ultima innovazione “disruptive”
L’unità di base del calcolo convenzionale è il bit. Più bit ha un computer, più calcoli è possibile eseguire contemporaneamente e dunque più potente è. Con il calcolo quantico, l’unità di base del calcolo è chiamata bit quantico – o qubit. Un computer quantistico a 100-qubit potrebbe eseguire calcoli simultanei su oltre 1.000 miliardi di miliardi di miliardi. Questi numeri sono troppo grandi per essere compresi da esseri umani. In teoria, un piccolo computer quantistico potrebbe superare la potenza di un normale computer delle dimensioni della galassia quale la Via Lattea.
Con abbastanza potenza di calcolo, un computer quantistico potrebbe risolvere qualsiasi problema. Se riusciremo mai a raggiungere mete lontane come controllare il tempo, colonizzare Marte o invertire l’invecchiamento umano, il calcolo quantico sarà probabilmente la forza trainante.
Probabilmente, conclude Alessio, il futuro vedrà una commistione di queste tecnologie, e chissà che non si aprano scenari davvero interessanti per le prossime speculazioni SF.
Invertito il flusso del tempo in un computer quantistico | Fantascienza.com
Su Fantascienza.com un articolo che spiega nel dettaglio cosa significa l’esser riusciti a invertire il corso del tempo, almeno nell’ambito della computazione quantistica. Vi incollo l’articolo dell’ottimo Sosio:
Una freccia, dritta e puntata solo in una direzione. Così è il tempo, come è vissuto nella nostra esperienza quotidiana e come è descritto dalla seconda legge della termodinamica, secondo la quale dall’ordine si può andare verso il disordine, ma non viceversa. Insomma, potete facilmente rompere un uovo o scrivere su un foglio di carta, ma ricomporre l’uovo o far tornare l’inchiostro nel pennino vi richiederà decisamente più impegno.
Qualcosa del genere accade ai qubit, che per i calcolatori quantistici sono l’equivalente (abbastanza alla lontana in realtà) dei bit dei computer normali. I qubit partono da uno stato che possiamo definire “zero”, e da quel momento “perdono ordine” e la loro condizione diventa sempre più complessa.
L’esperimento, condotto da G. B. Lesovik, M. V. Suslov, I. A. Sadovskyy, A. V. Lebedev e V. M. Vinokur, i primi tre dell’Istituto di Fisica e tecnologia di Mosca e gli altri tre dell’Argonne Nationale Laboratory dell’Illinois, USA, è riuscito in sostanza a far tornare indietro nel tempo alcuni qubit.
Tramite un programma scritto appositamente due qubit sono stati riportati dallo stato complesso allo stato “zero”, quindi in pratica andando indietro nel tempo. L’esperimento è riuscito l’85% dei tentativi; con tre qubit, il numero di successi è sceso al 50%.
Lo scopo, o quantomeno uno dei possibili utilizzi di questa tecnica non è tanto quella di tornare indietro nel tempo per uccidere Sarah Connor, per il momento, quanto piuttosto poter lavorare sulla programmazione dei computer quantistici, le cui elaborazioni normalmente non possono essere interrotte per verificare la correttezza della procedura, perché la sola interruzione e osservazione dello stato del programma ne cambierebbe i risultati.
Se pensate di aver capito poco di questo articolo, comunque, non preoccupatevi: quando c’è in ballo la parola “quantistico” in generale capire qualcosa è quasi difficile quanto far rientrare l’inchiostro nel pennino.
L’ultima frontiera: computer quantistici | Fantascienza.com
Su Fantascienza.com, nell’ambito di Delos204, una disquisizione molto articolata e puntuale di Roberto Paura sullo stato attuale della computazione quantistica. Un estratto:
Il computer quantistico rappresenta l’ultima frontiera, il “Santo Graal” dell’informatica. È una tipologia di computer radicalmente diversa da quelli che utilizziamo normalmente, perché l’informazione che manipola si esprime non in bit ma in qubit. I qubit superano la staticità dei bit, che possono assumere solo due stati, lo 0 e l’1 secondo il codice binario. La meccanica quantistica, che è valida a scale subatomiche, sostiene invece che una particolare proprietà può coesistere in diversi stati nello stesso momento. Per esempio, lo spin di un atomo – il suo “senso di rotazione”, che può essere, per dirla semplicemente, verso destra o verso sinistra – non è definito in maniera precisa a meno che non si effettua una misurazione. Se questa misurazione non viene effettuata, l’atomo possiede allo stesso tempo lo spin destrorso e sinistrorso, cioè una sovrapposizione di stati. È come se il bit fosse al contempo 0 e 1. In questo caso, va da sé, l’elaborazione dell’informazione compie un balzo da gigante, e il numero di operazioni al secondo che può realizzare un computer quantistico è tale da permetterci di realizzare cose fantascientifiche: dalla realizzazione di reti di sicurezza inviolabili grazie a sistemi di criptaggio perfetti alla simulazione di interi universi.
Si parla da anni di computer quantistici ma, per la verità, siamo ancora lontani. Non che non ci si stia lavorando, anzi: i centri di ricerca dedicati unicamente a questo problema sono moltissimi e ben finanziati. Il problema è costituito dalle enormi difficoltà pratiche poste dalla realizzazione di un computer quantistico. Lavorare su scale subatomiche non è semplicissimo, poiché è necessario raggiungere condizioni veramente proibitive – per esempio temperature prossime allo zero assoluto – e soprattutto operare con concetti che i fisici stessi non capiscono perfettamente. Alcuni pensano che un vero computer quantistico sia ancora ben al di là delle nostre conoscenze scientifiche e tecnologiche, e che sia più opportuno concentrarsi su risultati intermedi che permettano comunque di raggiungere alcuni dei risultati promessi dalla computazione quantistica: risolvere problemi impossibili per i nostri computer classici, anche per i supercomputer più potenti del mondo. Con il boson sampling, o “campionamento del bosone”, è possibile realizzare un surrogato di computer quantistico che sfrutta gli ultimi risultati della fotonica evitando i principali problemi finora irrisolti, come quello della decoerenza. I primi prototipi sono stati realizzati nel 2012 da quatto team internazionali.
La sfida di costruire un chip basato sul campionamento bosonico come via intermedia al computer quantistico universale fu lanciata nel 2010 da Scott Aaronson del MIT, che decise di mettere in palio 100mila dollari per chi fosse riuscito a dimostrare l’effettiva irrealizzabilità di un computer quantistico. Aaronson è parte di quella maggioranza di fisici e ingegneri sicura che gli unici problemi che impediscono oggi di avere un simile computer siano di tipo pratico – investimenti, tempo e innovazione tecnologica – e non teorico. A quanto sembra, il risultato raggiunto da questi quattro gruppi di ricerca dimostra che Aaronson è nel giusto e che, se forse ci vorrà tempo per un vero computer quantistico, qualcosa di simile potrà presto diventare finalmente realtà.
Se questo è il mondo pre-singolarità, in cui la guerra si sta sempre più trasferendo negli spazi virtuali di Internet, difficilmente il mondo post-singolarità sarà simile all’utopia sognata dai tecnoentusiasti. I guru della Silicon Valley hanno istituito qualche anno fa la Singularity University, finanziata da tutte le grandi compagnie della new economy, e della NASA, per formare i leader dell’era postumana. Ma il problema più difficile che questi leader di domani dovranno affrontare, se davvero la “promessa” sella singolarità si avvererà, sarà il gap che dividerà la postumanità necessariamente occidentale, concentrata nel Nord del mondo con i resti della vecchia umanità che continueranno ad abitare il Sud del mondo, inesorabilmente tagliato fuori dallo sviluppo tecnologico. E se il prezzo da pagare per godere di quest’evoluzione sarà quello di rendere incolmabili il divario che già oggi spezza il nostro pianeta a metà, non è detto che quello profetizzato dai singolaristi sia davvero il migliore dei mondi possibili.
Bitcoin e computer quantistici | ilcantooscuro
Sul blog di Alessio Brugnoli una bella dissertazione sui Bitcoin e ciò che sottende alla loro esistenza nell’ambito quantico.
Su cosa si basa il valore di una criptovaluta? Domanda che sembra banale, ma nasconde una serie di spunti di riflessioni interessanti.
A differenza delle valute tradizionali, il suo valore non è legato a un paniere di beni o una banca centrale che ne garantisce la solvibilità, ma a tre componenti: la prima è legata alla speculazione, una sulla fiducia distribuita legata al meccanismo del blockchain e una sulla potenza computazionale utilizzata dai miner per aggiungere nuovi blocchi di tracciamento delle transazioni. In particolare, quest’ultima componente è quella più misurabile, dato che dipende sia da una serie di opex, banalmente le facility connesse ai server che svolgono i calcoli, su cui fa la parte del leone il pricing dell’energia e i capex legati all’infrastruttura hardware.
Relativamente all’energia, basti pensare che il tasso di hash della rete Bitcoin a fine 2017 era intorno a 10 exahash al secondo, il che fa stimare un consumo energetico pare a 27 terawattora, pari ai consumi dell’Irlanda. Mentre per l’hardware, basti pensare agli effetti che la fame di potenza computazionale sta avendo nel mercato delle schede grafiche. Per cui, per condividere tali costi e applicare il principio del meglio un uovo oggi che una gallina domani, ossia meglio avere un reddito piccolo ma stabile che un enorme guadagno forse ogni mille anni, i miner si sono associati in pool, per la maggior parte localizzati in Cina.
Questo scenario, apparentemente stabile, però è basato sul presupposto che non avvenga a breve un salto tecnologico tale da moltiplicare esponenzialmente la capacità computazionale: purtroppo, per i miner, non è così, dato che a breve potranno esordire sul mercato computer quantistici commerciali, che avranno effetti dirompenti sul blockchain.
Prima cosa, i computer quantistici permettono di saltare a piè pari tutti i meccanismi di sicurezza che garantiscono l’affidabilità dei blocchi, dato che permetterebbero di risolvere le hash con estrema efficienza e di violare in tempi rapidi i meccanismi in chiave pubblica e privata, minando alle basi il meccanismo di fiducia distribuita. Poi, un tizio con un computer quantistico con un centinaio di Qbit, a costi infinitamente inferiori e tempi di convergenza molto, molto più rapidi avrebbe una potenza computazionale ben superiore, nel risolvere hash, ben superiore ai pool di miner di Cina, Islanda e Giappone messi assieme. Di conseguenza, monopolizzerebbe il mercato e in tempi assai più rapidi del 2040 attualmente stimato, concluderebbe il mining dei blocchi. Al contempo, azzerando di fatto la componente di valore legata alla capacità computazionale, farebbe crollare il valore del bitcoin.
Per cui, come uscire da questo circolo vizioso ? Da una parte, ripensare la tecnologia blockchain, integrandola ad esempio con meccanismi di crittografia quantistica e ottimizzarne i protocolli di validazione in modo da aumentarne la scalabilità. Dall’altra, trovare un modo, per garantire una baseline stabile alle criptomonete, magari basata su una soluzione analoga al Tradecoin pensata dal MIT, con il consenso mantenuto da validatori designati, che legano il valore della criptomoneta un paniere di beni reali posti a garanzia della transazione.
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