Risolto in 36 microsecondi un problema da 9.000 anni

Programmando particelle di luce per un computer quantistico

Leonardo De Cosmo

Appena 36 microsecondi per risolvere un'operazione che avrebbe richiesto almeno 9.000 anni: è il nuovo successo raggiunto dai computer quantistici ed è stato ottenuto programmando, per la prima volta, particelle di luce (fotoni). Pubblicato sulla rivista Nature, è il primo risultato del genere ottenuto con il processore fotonico programmabile Borealis della startup canadese Xanadu grazie a una tecnica particolarmente innovativa che semplifica lo sviluppo di questi potentissimi strumenti.

"E' un lavoro interessante e che permette un importante passo in avanti nella comprensione profonda delle potenzialità offerte dal calcolo quantistico", ha commentato Simone Severini, direttore del Quantum computing di Amazon Web Services (Aws). La nuova macchina realizzata dai ricercatori di Xanadu rientra tra i computer quantistici che sfruttano al loro interno i fotoni nel ruolo di qubit, ossia le unità di calcolo dei computer. E' una macchina piuttosto semplice rispetto a quella usata due anni fa da Google, che per prima segnò un sorpasso nei confronti dei computer tradizionali, e che si basa invece sui superconduttori e per funzionare deve essere raffreddata a temperature vicine allo zero assoluto (circa meno 270 gradi).

Il successo di Xanadu è stato quello di riuscire a battere ancora una volta un super computer tradizionale, eseguendo in 36 microsecondi un calcolo che avrebbe invece richiesto almeno 9.000 anni, ma usando ora un processore fotonico programmabile e lavorando a temperatura ambiente. Quello affrontato con i nuovi chip è "un problema davvero difficile, noto come Gaussian Boson Sampling, che richiede tantissimo tempo per essere risolto dai computer tradizionali che non si basano sulla fisica quantistica", ha aggiunto Severini. "Risolverlo - ha proseguito - permette di identificare gruppi di nodi all'interno di una rete complessa, ad esempio per studio delle reti neurali oppure per comprendere l'interazione tra le proteine". Cuore del successo del processore Borealis sviluppato da Xanadu è un nuovo metodo per coordinare l'ingresso dei fotoni all'interno del processore. In questo caso le particelle di luce vengono prodotte da un singolo generatore che realizza una sorta di treno di fotoni allineati. Inserendo i singoli fotoni in speciali anelli (loop) più o meno lunghi diventa possibile sincronizzarli, provocando un ritardo sui primi e riorganizzandone l'entrata nel chip, dove avviene l'elaborazione.

Modificarne la sincronia in forma controllata permette una sorta di riprogrammazione dei possibili momenti di interazione tra i vari fotoni e di fatto avere un nuovo tipo di chip, fatto in questo caso da catene di fibre ottiche interconnesse tra loro e programmabile in base all'operazione che si vuole svolgere. "E' un risultato davvero interessante - ha commentato Fabio Sciarrino, a capo del Quantum Lab del dipartimento di Fisica della Sapienza di Roma - perché è stata raggiunta la quantum supremacy sviluppando una piattaforma che è allo stesso tempo semplice e innovativa: si limita il numero delle componenti necessariee, in modo ingegnoso, si sviluppa di fatto il primo processore fotonico programmabile in regime di quantum supremacy. Il tutto usando fotoni con le stesse caratteristiche di quelli utilizzati nelle telecomunicazioni, e lavorando a temperatura ambiente, ad esclusione di alcune componenti finali".

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