Primi passi concreti nell'informatica quantistica

[RedDrake]

sari
Mi sorge un dubbio... ma come si inseriranno i dati? cioè come pongo i qbit allo stato iniziale dell'algoritmo? Penso però che a questa risposta risponda il lato pratico della meccanica quantistica e fose lo scopo della scoperta citata nell'articolo risponde a questa domanda.

LASCO
E comunque ancora non si sa se si riusciranno a realizzare calcolatori quantistici. Hanno fatto dei passi, ma se non si riescono a trasportare le informazioni sullo stato dell'atomo o molecola da un punto di elaborazione ad un altro del calcolatore, allora tutto cio' non servira' a nulla (la decoerenza e' una brutta bestia).
C'e' chi ha la sua teoria sul perche' un calcolatore quantistico non puo' essere realizzato (Mermin) e non mi pare che sia stato ancora confutato.
Quindi attenti alle facili interpretazioni.
E chi, se si potra' realizzare, fara' il brevetto sul calcolatore quantistico sara' l'uomo piu' ricco del mondo fino alla sua morte. All'inizio, se si realizzera', sara' come una bomba atomica, perche' si potranno superare tutti i sistemi di protezione esistenti.
Per adesso ancora tutte fantasie.


Se ho capito bene un calcolatore quantistico è la realizzazzione hardware di un'algoritmo, quindi non sarebbe programmabile...
tempo addietro un prof mi diceva che in effetti quello di porre il sistema quantistico nello stato iniziale voluto è un bel problema, molto più complesso che realizzare il computer quantico.
comunque bel thread (una volta tanto!)
complimenti

[Michelangelo_C]

Non so se è già stato detto, ma sfruttando il principio di interazione istantanea a distanza può essere possibile far comunicare il risultato di un algoritmo da un'unità di elaborazione ad un'altra? Al posto del BUS si avrebbe dei chip quantici completamente separati l'uno dall'altro, con la capacità di comunicare istantaneamente i risultati dell'elaborazione. Finalmente un bus a frequenza infinita!

[sari]

Quello che dice RedDrake è giustissimo, dovrebbe essere hardware specificatamente creato per risolvere l'algoritmo in questione. Ma pensandoci bene, anche l'hardware attuale, per esempio le GPU, sono create per risolvere solo alcuni, pochi, "algoritmi" o per svolgere poche funzioni ma in modo ottimizzato, ciò non toglie che esistano processori, le CPU, in grado di fare tutto in generale. Le CPU hanno un infinità di piccole unità di calcolo in grado di svolgere piccole funzioni e con quelle si costruisce tutto ciò che è possibile fare con l'algebra booleana; allo stesso modo credo sia possibile pensare a qualcosa di simile per il futuro.
Perchè no, se oggi gli algoritmi di ordinamento o di ricerca vengono "programmati", in futuro potrebbero essere inclusi in buona parte nell'hardware del nostro bel processore quantico ... non credo sia improbabile pensare ad una istruzione assembly (assembler, non ricordo mai come si dice) che invece di copiare una cella di memoria, riordini una lista concatenata, o fornisca il puntatore ad un oggetto di una lista. Cose che normalmente oggi definiremmo di "alto livello". Un abbassamento generale della difficoltà di soluzione degli algoritmi porterebbe a rendere alcune operazioni di "alto livello" customizzabili nell'hardware.

[sari]

Originariamente inviato da mar81

se volete leggervi qualcosa di interessante e semplice sulla fisica quantistica...

"Alice nel paese dei quanti"

http://www.torinoscienza.it/recensioni/apri?obj_id=331

bella, molto bella, Torino poi è molto importante a livello mondiale nelle ricerche "moderne"

[Michelangelo_C]

Originariamente inviato da sari

Quello che dice RedDrake è giustissimo, dovrebbe essere hardware specificatamente creato per risolvere l'algoritmo in questione. Ma pensandoci bene, anche l'hardware attuale, per esempio le GPU, sono create per risolvere solo alcuni, pochi, "algoritmi" o per svolgere poche funzioni ma in modo ottimizzato, ciò non toglie che esistano processori, le CPU, in grado di fare tutto in generale. Le CPU hanno un infinità di piccole unità di calcolo in grado di svolgere piccole funzioni e con quelle si costruisce tutto ciò che è possibile fare con l'algebra booleana; allo stesso modo credo sia possibile pensare a qualcosa di simile per il futuro.
Perchè no, se oggi gli algoritmi di ordinamento o di ricerca vengono "programmati", in futuro potrebbero essere inclusi in buona parte nell'hardware del nostro bel processore quantico ... non credo sia improbabile pensare ad una istruzione assembly (assembler, non ricordo mai come si dice) che invece di copiare una cella di memoria, riordini una lista concatenata, o fornisca il puntatore ad un oggetto di una lista. Cose che normalmente oggi definiremmo di "alto livello". Un abbassamento generale della difficoltà di soluzione degli algoritmi porterebbe a rendere alcune operazioni di "alto livello" customizzabili nell'hardware.

Sarebbe uno scenario davvero interessante quello di vedere un computer ragionare non in basso livello (assembly) ma in alto livello; pensandoci bene è come se si dotasse una macchina di un'intelligenza superiore, vicina a quella di un essere umano. La programmazione sarebbe molto più semplice e le possibilità smisurate rispetto alle già molteplici attualmente sviluppate. Credo però che siamo lontani anni luce da una reale applicazione di queste tecnologie.

[tarozzo]

E il prototipo del primo computer quantico è stato presentato a PORTLAND il 13febbraio 08 da D-WAVE. Il computer commerciale è dotato di un chip quantico (16 qubits) e promette cose strabilianti...

[Faster_Fox]

ho trovato il chip che riuscirà a far girare crysis degnamante....si ma su quale scheda?

[Michelangelo_C]

Grazie per l'aggiornamento!

[Lucas Malor]

Scusate se rispolvero questa vecchia discussione, ma non ho potuto resistere...

In realta' nell'articolo viene citato l'entanglement, ma non viene spiegato a cosa serve.

L'entanglement e' il "famoso" fenomeno della correlazione quantistica. Prendiamo per esempio due elettroni. Se questi due elettroni sono i due stati quantici completamente slegati tra di loro, se misuro una proprieta' di uno, ad esempio la velocita', questa sara' completamente slegata dall'altro.

Supponiamo invece che i due elettroni siano in uno stato correlato. Questo potrebbe avvenire per esempio a causa di qualche fenomeno di emissione che genera coppie di elettroni. A causa della correlazione, ogni volta che si misurera' una proprieta' di uno degli elettroni si trovera' uno stesso risultato nell'altro elettrone. Tale risultato non deve essere per forza lo stesso, anzi puo' essere completamente l'opposto, ma e' perfettamente predicibile.

A cosa serve questo? Se due qubit sono correlati con una relazione predeterminata, bastera' comunicare lo stato del primo qubit perche' si sappia lo stato del secondo qubit, senza trasportare fisicamente l'intero qubit. Questo fenomeno e' anche chiamato teletrasporto quantistico. Risultato: un flusso di dati per i calcoli che viaggia alla velocita' della luce.

Per quanto riguarda i qubit, non so quanti e quali siano gli stati coinvolti, ne' cosa viene misurato. Comunque non vi fissate su 0 e 1.... 0 e 1 sono passaggio di corrente ed assenza di corrente, mentre gli stati quantici in considerazione potrebbero essere ben di piu'. Ad esempio potrebbero essere lo spin lungo un asse di un bosone (come il fotone), e quindi poter prendere i valori -1, 0 oppure 1, quindi 3 stati.

[Michelangelo_C]

Originariamente inviato da Lucas Malor

Risultato: un flusso di dati per i calcoli che viaggia alla velocita' della luce.

No, molto più veloce della luce: il teletrasporto quantistico è assolutamente istantaneo, violando il principio di località (sia dell'informazione che di qualunque altro tipo). Come dici, lo stato dell'altro elettrone correlato è esattamente conoscibile nello stesso istante in cui si effettua la misura sul primo, non occorre nessun tempo perchè l'altro elettrone "cambi" stato, indipendentemente dalla distanza a cui si trova.
Penso si possa realmente parlare di un vero e proprio BUS a banda infinita, senza neppure ritardi di propagazione.

[Lucas Malor]

No, un attimo. Lo stato cambia istantaneamente, ma l'informazione viaggia alla velocita' della luce. se cosi' non fosse, avremmo dovuto buttare nel cestino tutta la fisica attuale

In un certo senso il fenomeno dell'entanglement "prepara" lo stato in cui deve essere l'altro oggetto. Per dirla in maniera semplice: l'osservatore A sta dov'e' la prima particella, l'osservatore B con la seconda. Se A misura la particella, sapra' anche lo stato della seconda, ma non lo sapra' B. Per saperlo, A lo deve informare, e lo puo' fare al massimo alla velocita' della luce.

[Banus]

Originariamente inviato da Michelangelo_C

Penso si possa realmente parlare di un vero e proprio BUS a banda infinita, senza neppure ritardi di propagazione.

L'entanglement quantistico non permette la trasmissione di informazioni, quindi non può essere considerato un bus. Per fare un esempio molto semplificato, è come avere due dadi che quando lanciati hanno la proprietà di dare sempre come somma 7. Una volta che hai visto il risultato del primo dado conosci anche l'altro, ma non puoi decidere il valore che avrà il dado... e quindi mandare un messaggio.

Inoltre anche il fatto che la lettura dello stato di un elettrone cambi istantaneamente l'altro è controverso... ma non è il caso di entrare nel soliti lunghi e noiosi discorsi sulle interpretazioni della fisica quantistica

[Lucas Malor]

Originariamente inviato da Banus

Inoltre anche il fatto che la lettura dello stato di un elettrone cambi istantaneamente l'altro è controverso

Li' si va nella filosofia....
Personalmente penso che sia tutta una stupidaggine che "cambia istantaneamente lo stato" ecc. Secondo me lo stato delle particelle non e' affatto indeterminato, siamo noi che non possiamo misurarlo con certezza assoluta.
Certo e' comunque che il mio pensiero vale meno di una cicca rispetto a quello dei capoccioni della scienza Quando vincero' il nobel ne riparleremo

[Michelangelo_C]

Originariamente inviato da Lucas Malor

No, un attimo. Lo stato cambia istantaneamente, ma l'informazione viaggia alla velocita' della luce. se cosi' non fosse, avremmo dovuto buttare nel cestino tutta la fisica attuale

Infatti, è proprio così; la quantistica si propone proprio come una nuova teoria fisica che abbatte in larga parte le precedenti conoscenze; esattamente come la teoria di galileo abbatteva le conoscenze degli aristotelici grechi (con le quali erano stati costruiti palazzi e ponti che, nonostante gli errori teorici, stavano perfettamente in piedi). Il fatto che riusicamo a fare cose che funzionano utilizzando le teorie attuali (maxwell) non significa che siano corrette, ma semplicemnte che approssimano abbastanza bene la realtà per gli scopi che ci prefiggiamo. Questo sipiega il fatto che ci sono ancora cose sperimentali a cui non si trova spiegazione teorica, mentre la quantistica talvolta viene in aiuto porpio in questi casi.
In definitiva, quando la quantistica raggiungerà un grado di conoscenza sufficiente (gli scienziati si accorderanno sulle sue regole precise, e non solo opinioni, con tutti i dati sperimentali a conferma) potremo buttare via tutta la teoria fin'ora conosciuta.

Originariamente inviato da Banus

L'entanglement quantistico non permette la trasmissione di informazioni, quindi non può essere considerato un bus. Per fare un esempio molto semplificato, è come avere due dadi che quando lanciati hanno la proprietà di dare sempre come somma 7. Una volta che hai visto il risultato del primo dado conosci anche l'altro, ma non puoi decidere il valore che avrà il dado... e quindi mandare un messaggio.

Infatti, non intendevo un vero bus, ma per esempio dei nuclei di elaborazione (facciamo pure che siano estremamente semplici) che non hanno bisogno di nessuna comunicazione, usando appunto il teletrasporto. Tra questi nuclei è come se ci fosse un BUS di banda infinita e senza ritardi di propagazione. La violazione del principio di località da parte del teletrasporto quantistico è un dato di fatto, non si chiamerebbe teletrasporto altrimenti (e non avrebbe nemmeno tutta questa rilevanza).
Detto questo, come fare per far si che l'elaborazione vada nel modo desiderato non lo so, gli scienziati che ci studiano faranno pur qualcosa anche loro!

Originariamente inviato da Lucas Malor

Personalmente penso che sia tutta una stupidaggine che "cambia istantaneamente lo stato" ecc. Secondo me lo stato delle particelle non e' affatto indeterminato, siamo noi che non possiamo misurarlo con certezza assoluta.

Ci sono scienziati/filosofi che la pensano proprio così, io sinceramente non credo, a giudicare dai dati sperimentali (base per qualunque teoria fisica). Comunque tutto può essere, anche questa interpretazione deterministica della quantistica.

[Lucas Malor]

Mi sa che stai facendo un attimo di confusione. Nella pratica sperimentale l'informazione comunque viaggia al massimo alla velocita' della luce, come io e Banus abbiamo spiegato con due esempi. Il resto, semplicemente, e'..... filosofia

Il fatto e' che l'interpretazione della fisica quantistica come stati indeterminati a priori non regge piu'. Si sta tentando in tutti i modi di salvarla in qualche modo... ma sinceramente, tra l'abbandonare una interpretazione e l'abbandonare la teoria della relativita', tu che sceglieresti?

[Michelangelo_C]

Originariamente inviato da Lucas Malor

Mi sa che stai facendo un attimo di confusione. Nella pratica sperimentale l'informazione comunque viaggia al massimo alla velocita' della luce, come io e Banus abbiamo spiegato con due esempi. Il resto, semplicemente, e'..... filosofia

Il fatto e' che l'interpretazione della fisica quantistica come stati indeterminati a priori non regge piu'. Si sta tentando in tutti i modi di salvarla in qualche modo... ma sinceramente, tra l'abbandonare una interpretazione e l'abbandonare la teoria della relativita', tu che sceglieresti?

Interessante, può essere che hai più conoscenze di me sulla quantistica, specie sugli sviluppi più recenti. Dico questo solo per mettere le mani avanti, non potendo sapere quali siano le tue conoscenze, non la prendere come se volessi fare il saccente.

A quanto ne so io, se prendi in considerazione la teoria quantistica devi mettere via tanti preconcetti delle teorie classiche (non tanto la relatività, quanto la meccanica e l'elettomagnetismo classici). Esempi? Lo spazio è quantizzato, non è possibile asspumere tutte le posizioni in modo continuo ma solo a quanti di spazio; questo si nota con gli orbitali degli elettroni, punto di partenza della teoria.
Poi ci sono i due principi di indeterminazione di Heisenberg, su cui si basa l'effetto tunnel ormai strausato in componenti banalissimi come i diodi zener.
L'effetto fotoelettrico fu studiato da Einstein agli albori della teoria, e mostra come l'emissione di elettroni da parte di una lastra metallica investita da radiazione EM avvenga (sperimentalmente) in maniera completamente opposta a quanto previsto dalla meccanica classica.
Come ultimo, un professore mi ha recentemente spiegato che in un ambiente chiuso esistono delle condizioni al contorno da applicare alle equazioni d'onda di Schroedinger (relative alla probabilità di trovare una particella in una certa posizione di spazio) che generano nel totale onde stazionarie; da ciò si deduce che in una stanza esisteranno dei punti in cui la particella ha probabilità nulla di trovarsi, ovvero in cui non andrà mai. Semplicemente inspiegabile con la teoria meccanica classica (non so se su questo ci siano dei dati sperimentali).

Questo quanto ho studiato io, che si rifà probabilmente alla teoria quantistica non attuale. Hai qualche approfondimento al riguardo che smentisce queste "meraviglie" della quantistica?

[Lucas Malor]

Naaaaa, sono solo uno studente fanfarone Pero' avevo letto un articolo molto interessante... praticamente era un esperimento nel quale si voleva dimostrare come una particella potesse "sapere" in anticipo il suo proprio stato, e cambiarlo di conseguenza.... capisci da te l'assurdita' della cosa Se lo ritrovo te lo posto.

[Banus]

Originariamente inviato da Michelangelo_C

Tra questi nuclei è come se ci fosse un BUS di banda infinita e senza ritardi di propagazione. La violazione del principio di località da parte del teletrasporto quantistico è un dato di fatto, non si chiamerebbe teletrasporto altrimenti (e non avrebbe nemmeno tutta questa rilevanza).

L'entanglement è diverso dal teletrasporto quantistico (anche se il secondo fa uso del primo). Inoltre per eseguire il teletrasporto correttamente è necessario trasmettere informazioni su un canale classico, quindi con velocità limitate a c.
Sicuramente l'entanglement è un aspetto importante dei computer quantistici, e più in generale la sovrapposizione quantistica degli stati è la principale differenza rispetto ai computer classici. Ma non è la "trasmissione istantanea" degli stati a fare la differenza, ma proprietà più sottili degli operatori quantistici usati per realizzare gli algoritmi.

Originariamente inviato da Lucas Malor

Il fatto e' che l'interpretazione della fisica quantistica come stati indeterminati a priori non regge piu'.

Ma regge ancora meno quella degli stati determinati, ma non conosciuti (variabili nascoste locali). Per quello non voglio approfondire questo argomento... anche gli esperti faticano a sbrogliarlo

[Lucas Malor]

Originariamente inviato da Banus

Ma regge ancora meno quella degli stati determinati, ma non conosciuti (variabili nascoste locali).

Difatti che ci siano variabili nascoste e' stato dimostrato matematicamente essere impossibile. Comunque io credo semplicemente che le variabili siano quelle che conosciamo e stop, ma che semplicemente e' la nostra misura a turbare lo stato di una particella. Ed e' per questo che vi sono proprieta' fisiche che non si possono misurare simultaneamente (cioe' che i loro operatori non commutano) e per questo una particella si comporta in modo differente se "si sente osservata" :P

Originariamente inviato da Banus

non è la "trasmissione istantanea" degli stati a fare la differenza, ma proprietà più sottili degli operatori quantistici usati per realizzare gli algoritmi.

Interessante. Devo dire sospettavo ci fosse in gioco qualcosa in piu' della mera velocita', pero' non pensavo fosse addirittura piu' importante.... ed inoltre non ho trovato niente a riguardo. Ne sai qualcosa di piu'?

[Michelangelo_C]

Hai ragione, l'entanglement non è il teletrasporto quantistico, mi sono imbrogliato da solo.
Niente da fare, per continuare la discussione dovremo aspettare che gli scienziati si accordino, magari tra un secolo o più. Nel frattempo godiamoci questo chip quantico a 16 qbit , che in qualche modo dovrà pur funzionare (con tutti i limiti della teoria attuale).

Originariamente inviato da Lucas Malor

Naaaaa, sono solo uno studente fanfarone Pero' avevo letto un articolo molto interessante... praticamente era un esperimento nel quale si voleva dimostrare come una particella potesse "sapere" in anticipo il suo proprio stato, e cambiarlo di conseguenza.... capisci da te l'assurdita' della cosa Se lo ritrovo te lo posto.

Allora ok, non volevo offendere qualche luminare in materia.