La meccanica quantistica è il regno della scienza in cui nulla è normale e tutto sembra minare le basi della nostra comune comprensione della realtà. Tuttavia i fisici quantistici, che si vantano di scrutare l’abisso e carpirne i segreti inquietanti, hanno scoperto un altro fenomeno sconcertante: il «tempo negativo».   Come descritto in uno studio ancora in fase di revisione paritaria pubblicato da Scientific American, un team di ricercatori afferma di aver osservato fotoni che presentano questo bizzarro comportamento temporale come risultato di quella che è nota come eccitazione atomica.   Ciò che è successo in sostanza, come spiega Scientific American, è che quando i fotoni sono stati irradiati in una nube di atomi, sembravano uscire dal mezzo prima di entrarvi. «Un ritardo temporale negativo può sembrare paradossale, ma significa che se si costruisse un orologio “quantistico” per misurare quanto tempo gli atomi trascorrono nello stato eccitato, la lancetta dell’orologio, in determinate circostanze, si sposterebbe all’indietro anziché in avanti», ha spiegato alla rivista Josiah Sinclair dell’Università di Toronto, i cui primi esperimenti hanno costituito la base dello studio, anche se non è stato direttamente coinvolto.   I fotoni – particelle prive di massa che formano quella che conosciamo come luce visibile – possono essere assorbiti dagli atomi che attraversano. Quando ciò accade, l’energia che trasportano fa sì che gli elettroni degli atomi saltino a uno stato energetico superiore. Questa è l’eccitazione atomica a cui abbiamo accennato prima.   Ma gli atomi possono anche de-eccitarsi, tornando allo stato fondamentale. Uno dei modi in cui ciò accade è che l’energia viene riemessa sotto forma di fotoni. A un osservatore, questo sembra come se la luce che ha attraversato il mezzo fosse ritardata.   I ricercatori erano sconcertati dal fatto che non ci fosse un «consenso tra gli esperti» su cosa accadesse realmente a un singolo fotone durante tale ritardo. «All’epoca non eravamo sicuri di quale fosse la risposta e pensavamo che una domanda così elementare su qualcosa di così fondamentale dovesse essere facile da rispondere», ha detto il Sinclair a Scientific American.   Negli esperimenti condotti, impulsi di fotoni venivano sparati attraverso una nube di atomi a temperature prossime allo zero assoluto. Ed è qui che è successo il fenomeno più strano: nei casi in cui i fotoni li attraversavano senza essere assorbiti, si è scoperto che gli atomi ultrafreddi rimanevano eccitati per l’esatto periodo di tempo in cui li avevano effettivamente assorbiti.   Al contrario, nei casi in cui i fotoni venissero assorbiti, verrebbero riemessi senza ritardo, o prima che gli atomi ultrafreddi potessero diseccitarsi.   Ciò che accade realmente è che i fotoni viaggiano in qualche modo attraverso la nube atomica più velocemente quando eccitano gli atomi – o quando dovrebbero essere assorbiti da essi – rispetto a quando gli atomi rimangono inalterati. Poiché i fotoni non trasportano informazione, la causalità rimane intatta, si legge nella rivista scientifica. Le incertezze intrinseche a livello quantistico hanno l’effetto di confondere l’intero processo. In particolare il fenomeno della sovrapposizione, in cui particelle quantistiche come i fotoni possono trovarsi in due stati diversi contemporaneamente. Per un rivelatore che misura quando entrano ed escono da un mezzo, questo significa che i fotoni possono produrre un valore positivo così come uno negativo. E quindi, un tempo negativo.   Questo non cambia la nostra comprensione del tempo, affermano i ricercatori. D’altra parte, almeno per quanto riguarda il campo dell’ottica, che il tempo negativo abbia «un significato fisico più profondo di quanto si sia generalmente ritenuto» per quanto riguarda la trasmissione dei fotoni, hanno poi scritto nello studio. SOSTIENI RENOVATIO 21

 

Microsoft ha presentato il suo nuovo processore quantistico stabile Majorana 1, pubblicizzandolo come un importante passo avanti verso il calcolo quantistico pratico. La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) del Pentagono ha incluso la ricerca in uno dei suoi programmi, ha aggiunto l’azienda.

 

In una dichiarazione rilasciata mercoledì, Microsoft ha affermato che il nuovo chip è alimentato dal primo topoconduttore al mondo, in grado di creare uno stato della materia completamente nuovo con caratteristiche di conduttività estremamente elevate, rendendo i calcoli molto più stabili.

 

Uno dei problemi principali del quantum computing è stata l’estrema fragilità dei bit quantistici (qubit), che sono incredibilmente sensibili a tutti i tipi di interferenza esterna, richiedendo tecniche di correzione degli errori robuste ed estremamente sofisticate. Secondo Microsoft, tuttavia, Majorana 1 si basa su qubit topologici, che sono progettati per essere intrinsecamente resistenti agli errori.

Mercoledì, gli scienziati di Microsoft hanno affermato di aver costruito quello che è noto come un «qubit topologico» basato su questa nuova fase dell’esistenza fisica – cioè un nuovo stato della materia ulteriore a quello solido, liquido, gassoso – che potrebbe essere sfruttato per risolvere problemi matematici, scientifici e tecnologici.

 

L’azienda ha affermato che il suo nuovo processore «segna un balzo trasformativo verso il calcolo quantistico pratico» che potrebbe portare a «innovazioni come materiali auto-riparanti che riparano le crepe nei ponti, agricoltura sostenibile e scoperte chimiche più sicure», risparmiando tempo e denaro su un’ampia ricerca scientifica.

 

La DARPA, ente del Pentagono specializzato nello sviluppo di tecnologie avanzate per uso militare, ha incluso Microsoft e PsiQuantum, un’altra società informatica, nella fase finale del suo programma Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC). Microsoft ha affermato di considerare la mossa della DARPA «come una convalida della nostra tabella di marcia per la costruzione di un computer quantistico fault-tolerant».

 

La DARPA ha dichiarato il suo interesse per la ricerca all’inizio di febbraio, affermando che i suoi esperti «hanno esaminato in modo esaustivo» gli approcci tecnici delle aziende e i loro piani di R&S a lungo termine. L’agenzia, tuttavia, non ha voluto dire se il governo degli Stati Uniti ha investito o intende sostenere finanziariamente la ricerca delle due aziende.

 

Microsoft ha un rapporto consolidato con l’esercito statunitense, soprattutto nei settori dei servizi cloud e della ricerca e sviluppo.

 

Nel 2022, il Pentagono ha suddiviso 9 miliardi di dollari di contratti di cloud computing tra quattro giganti della tecnologia statunitense, tra cui Microsoft. Nel 2018, Microsoft si è assicurata un contratto per sviluppare l’Integrated Visual Augmentation System (IVAS) per l’esercito statunitense.

 

Il progetto mirava a dotare i soldati di visori per la realtà aumentata per migliorare l’efficacia in combattimento, sebbene sia stato ripetutamente criticato per i difetti tecnologici. All’inizio di questo mese, Microsoft ha stretto una partnership con l’appaltatore della difesa Anduril Industries – fondato dall’enfant prodige Palmer Luckey, che realizzò il visore per la realtà virtuale Oculus – per continuare lo sviluppo di IVAS.

 

Microsoft sta alzando la posta in gioco in quella che è destinata a essere la prossima grande competizione tecnologica, al di là dell’attuale corsa all’Intelligenza Artificiale, scrive il New York Times. Gli scienziati hanno inseguito il sogno di un computer quantistico, una macchina che potrebbe sfruttare lo strano e incredibilmente potente comportamento delle particelle subatomiche o degli oggetti molto freddi, fin dagli anni ’80.

 

La corsa all’informatica quantistica si è intensificata a dicembre, quando Google ha presentato un computer quantistico sperimentale che ha impiegato appena cinque minuti per completare un calcolo che la maggior parte dei supercomputer non sarebbe riuscita a completare in 10 settilioni di anni, ovvero un tempo superiore all’età dell’universo conosciuto.

Per comprendere il calcolo quantistico, è utile sapere come funziona un computer tradizionale. Uno smartphone, un laptop o un PC desktop si basa su minuscoli chip realizzati in semiconduttori, che sono materiali che conducono elettricità in alcune ma non in tutte le situazioni. Questi chip memorizzano ed elaborano numeri, sommandoli, moltiplicandoli e così via. Eseguono questi calcoli manipolando «bit» di informazioni. Ogni bit contiene un 1 o uno 0.

 

Un computer quantistico funziona in modo diverso. Un bit quantistico, o qubit, si basa sul curioso comportamento di particelle subatomiche o materiali esotici raffreddati a temperature estremamente basse.

 

Quando è estremamente piccolo o estremamente freddo, un singolo oggetto può comportarsi come due oggetti separati allo stesso tempo. Sfruttando quel comportamento, gli scienziati possono costruire un qubit che contiene una combinazione di 1 e 0. Ciò significa che due qubit possono contenere quattro valori contemporaneamente. E man mano che il numero di qubit cresce, un computer quantistico diventa esponenzialmente più potente.

 

Le aziende utilizzano una varietà di tecniche per costruire queste macchine. Negli Stati Uniti, la maggior parte, tra cui Google, costruisce qubit utilizzando superconduttori, che sono materiali che conducono l’elettricità senza perdere l’energia che trasmettono. Creano questi superconduttori raffreddando i metalli a temperature estremamente basse.

 

La tecnologia quantistica di Microsoft potrebbe fare un balzo in avanti rispetto ai metodi in fase di sviluppo presso Google. Come parte della sua ricerca, l’azienda ha costruito più qubit topologici all’interno di un nuovo tipo di chip per computer che combina i punti di forza dei semiconduttori che alimentano i computer classici con i superconduttori che sono tipicamente utilizzati per costruire un computer quantistico.

 

Quando un chip del genere viene raffreddato a temperature estremamente basse, si comporta in modi insoliti e potenti che Microsoft ritiene gli consentiranno di risolvere problemi tecnologici, matematici e scientifici che le macchine classiche non potrebbero mai risolvere. La tecnologia non è volatile come altre tecnologie quantistiche, ha affermato l’azienda, rendendo più facile sfruttarne la potenza.

 

«Alcuni si chiedono se Microsoft abbia raggiunto questo traguardo, e molti accademici di spicco hanno affermato che i computer quantistici non saranno pienamente realizzati prima di decenni. Ma gli scienziati di Microsoft hanno affermato che i loro metodi li aiuteranno a raggiungere il traguardo prima» scrive il NYT.

 

La tecnologia di Microsoft, descritta in dettaglio in un articolo di ricerca pubblicato sulla rivista scientifica Nature mercoledì scorso, aggiunge nuovo slancio a una corsa che potrebbe rimodellare il panorama tecnologico. Oltre ad accelerare il progresso in molti campi tecnologici e scientifici, un computer quantistico potrebbe essere abbastanza potente da violare la crittografia che protegge i segreti nazionali.

«Ogni progresso è destinato ad avere implicazioni geopolitiche. Anche se gli Stati Uniti esplorano il calcolo quantistico principalmente attraverso aziende come Microsoft e un’ondata di start-up, il governo cinese ha affermato di investire 15,2 miliardi di dollari nella tecnologia. L’Unione Europea ha impegnato 7,2 miliardi di dollari» nota il giornale neoeboraceno.

 

Il futuro dell’informatica quantistica promette quindi grandi rivoluzioni anche per la nostra vita quotidiana.

 

Come può essere un mondo dove più nessun account informatico è al sicuro?

 

Cosa potrà fare un’Intelligenza Artificiale dotata di processori quantistici?

 

Domande a cui né Microsoft né il Pentagono sembrano davvero voler rispondere.

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Immagine screenshot da YouTube

Gli scienziati di IBM affermano di aver sviluppato un metodo per gestire l’inaffidabilità insita nei processori quantistici, forse fornendo una svolta tanto attesa per rendere i computer quantistici pratici quanto quelli convenzionali, o anche di più.   Il progresso, dettagliato in uno studio pubblicato sulla rivista Nature, arriva quasi quattro anni dopo che Google aveva dichiarato con entusiasmo il raggiungimento della «Quantum Supremacy» (la «supremazia quantistica») quando i suoi scienziati avevano dichiarato di aver dimostrato che il loro computer quantistico potrebbe superare uno classico.   Nel calcolo quantistico, tale «supremazia quantistica», corrisponde alla dimostrazione che un dispositivo quantistico programmabile può risolvere un problema che nessun computer classico può risolvere in un periodo di tempo fattibile.   Le affermazioni di supremazia quantistica al momento non sembrano aver avuto seguito. L’esperimento di Google è stato criticato in quanto privo di meriti nel mondo reale, e non è passato molto tempo prima che altri esperimenti dimostrassero che i supercomputer classici potevano ancora superare quelli di Google, ricorda Futurism.   I ricercatori di IBM, tuttavia, sembrano fiduciosi che questa volta l’avanzamento sia veritiero. «Stiamo entrando in questa fase dell’informatica quantistica che io chiamo utilità, l’era dell’utilità», ha dichiarato al New York Times Jay Gambetta, IBM Fellow e vicepresidente di IBM Quantum Research.   L’informatica quantistica fondamentalmente sfrutta due principi della meccanica quantistica. La prima è la sovrapposizione («superposition»), la capacità di una singola particella, in questo caso bit quantistici o qubit, di trovarsi contemporaneamente in due stati separati. Poi c’è l’entanglement, che permette a due particelle di condividere simultaneamente lo stesso stato.   Questi principi – definiti dai fisici come spooky, cioè spettrali – consentono a un numero molto inferiore di qubit di competere con la potenza di elaborazione dei bit regolari, che possono essere costituiti solo da uno o zero secondo codice binario. Per quanto incredibile, a livello quantico le particelle esistono stranamente in stati incerti, che sorgono in una fastidiosa casualità nota come «rumore quantico».   Gestire questo rumore è la chiave per ottenere risultati pratici da un computer quantistico. Un leggero cambiamento di temperatura, ad esempio, potrebbe far cambiare stato a un qubit o perdere la sovrapposizione.   È qui che entra in gioco il nuovo lavoro di IBM. Nell’esperimento, i ricercatori dell’azienda hanno utilizzato un processore IBM Eagle da 127 qubit per calcolare quello che è noto come modello Ising, simulando il comportamento di 127 particelle magnetiche di dimensioni quantistiche in un campo magnetico: un problema che ha valore nel mondo reale ma, a quella scala, è troppo complicato da risolvere per i computer classici.   Per mitigare il rumore quantico, i ricercatori, paradossalmente, hanno effettivamente introdotto più rumore, e poi hanno documentato con precisione i suoi effetti su ogni parte del circuito del processore e gli schemi che ne sono emersi. Da lì, i ricercatori hanno potuto estrapolare in modo affidabile come sarebbero stati i calcoli senza alcun rumore. Tale processo è chiamato «attenuazione degli errori», spiega Futurism.   Per quanto promettenti siano i risultati, «non è ovvio che abbiano raggiunto la supremazia quantistica qui», ha detto al grande quotidiano di Nuova York il coautore Michael Zaletel, un fisico dell’Università della California Berkley.   Ulteriori esperimenti dovranno confermare che le tecniche di mitigazione degli errori degli scienziati IBM non produrrebbero gli stessi risultati, o addirittura migliori, in un processore classico che calcola lo stesso problema.   Scienziati cinesi, al pari delle varie grandi aziende e università americane che stanno pesantemente investendo nei primi computer quantistici, due anni fa avevano detto con vanteria di possedere il computer quantistico più potente del mondo.   Come riportato da Renovatio 21, l’avvento dell’era dei computer quantistici sta già creando effetti bizzarri, anche se siamo lontani dall’avere la tecnologia funzionale e implementata. Stiamo assistendo ad esempio al furto di dati crittografati da parte degli hacker in quelli che vengono chiamati «post-quantum attack»: in pratica rubano i dati oggi per poterli decrittare un domani grazie ai poteri impressionanti dei processori quantistici, con i quali, si dice, nessuna password sarà più al sicuro – ciò che è definibile come una vera «Apocalisse quantistica».