Il computer quantistico

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Bubillus
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Re: Il computer quantistico

Post by Bubillus » 26/07/2013 11:13

Ok. Mi è venuto in mente un esempio però non so se è corretto. Metti delle persone (A, B, C, D, ... ) distribuite sulla costa atlantica degli Stati Uniti. Ognuna di loro intorno ad una certa inizia a buttare delle incudini nel mare, le incudini dei vari tizi non sono per forza identiche o fatte dello stesso materiale, ma ogni tizio ha a disposizione un set infinito di incudini tutte identiche. Mettiamo che ci si trovi in una situazione ipotetica per cui le onde generate dai tuffi delle incudini riescono ad attraversare l'Atlantico e si sono talmente espanse da toccare un enorme tratto di costa. Magari un po' più basse ma ci arrivano.
Ecco, io come farei, in un punto qualsiasi della costa, a dire con certezza "ecco, queste sono le onde delle incudini del tizio F". Tra Europa e Stati Uniti viaggiano navi porta container, navi da crociera, gli yacht, ci sono i delfini che fanno i tuffi, c'è vento, ognuno di questi elementi crea a sua volta un tappeto di onde che viaggia sulla superfice dell'acqua in ogni direzione. Per carità, se io conosco il peso delle incudini che il tizio F tira in acqua e so con quanta energia si tuffano e conosco l'intervallo con cui vengono buttate..., e conosco di quanto si attenuano le onde mentre attraversano l'Atlantico.... saprei anche la forma delle onde che arrivano. Però sarebbero informazioni sufficienti per distinguerle in maniera così precisa da avere la certezza che si tratta proprio di quelle onde pur in mezzo a quelle delle altre incudini? Ecco quello che non capisco. Però mettiamo che non ci siano navi, transatlantici, yacht e delfini e che l'Atlantico sia quasi piatto come una tavola tranne quel pochino di movimento di fondo. Allora sì che forse riuscirei ad individuare quelle onde tra tutte le altre.
Quindi la soluzione potrebbe essere: la stella X emette uno sbotto di fotoni in tutte le direzioni, io capto quei fotoni meglio di altri a causa della loro quantità e del fatto che probabilmente il rapporto tra la loro intensità e la distanza della sorgente fa in modo che siano ben distiguibili rispetto a tutto il resto. Io non sto in realtà vedendo una stella ma solo una particolarmente sorgente luminosa che arriva dal cielo. Ma la forma? Perché vedo la stella tonda? Cioè se io vedo l'onda del mare probabilmente riesco a sapere che si trattava di una incudine di piombo lanciata con forza X nel mare, ma come faccio a sapere con precisione DOVE è stata lanciata? Il mio punto di osservazione vede arrivare le onde praticamente parallele alla costa, come faccio ad individuare la sorgente? Come faccio a sapere che si trattava di una incudine e non, per esempio, di una palla da bowling o di una lastra di ferro?
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Re: Il computer quantistico

Post by CuginoIt » 26/07/2013 17:28

Beh, le due cose sono molto diverse.

Per le stelle non le vedi assolutamente tonde. Vedi dei punti. Tranne forse delle eccezioni fra le stelle a noi più vicine.

Puoi però accumulare tanta statistica: se hai un telescopio immagino ti arrivino tot fotoni al secondo (e se parliamo di stelle nella nostra galassia immagino non siano pochi) che avranno una loro distribuzione in energia.

A seconda di quanto è larga questa distribuzione di energia e di quali colori prevalgono sai quanto è calda la stella (più larga la distribuzione maggiore la temperatura in superficie) e ti fai una idea del materiale che la compone: gli atomi lasciano delle loro firme nei colori, chiamati spettri, un idrogeno irradia in prevalenza un certo colore, un elio altri. A seconda di quanto sono spostate queste firme rispetto a quelle lasciate da idrogeno e elio in laboratorio ti fai anche una idea di quanto va veloce quella stella (o galassia in questo caso) rispetto a noi e di quanto è distante.

Inoltre il numero di fotoni che riceviamo potrebbe dipendere dal tempo con un certo periodo, come se oscillasse. Questo ci da idea del fatto che magari la stella sta ruotando attorno ad un altro oggetto (buco nero?), o un altro oggetto ruota attorno alla stella (pianeta) o magari le stelle sono due o una sola che si espande e si contrae (cefeide).

Per queste casistiche si sanno ottenere informazioni interessanti paragonando il periodo e la luminosità che leggiamo (le cefeidi per esempio ti consentono di definire la distanza in modo precisissimo, e sono usate per valutare la distanza di galassie lontane).

Per quanto riguarda stelle nella nostra galassia (quindi vicine) osservandole a differenza di 6 mesi di distanza ti fai anche una idea di quanto queste sono lontane (noi ci spostiamo attorno al sole, quindi, se confronto gennaio e luglio ho due foto prese da due angoli un poco diversi: più le stelle sono lontane più la loro posizione è simile).

In sostanza dalla luce che riceviamo accumuliamo un sacco di informazioni su come è la stella (di cosa è fatta, che temperatura ha, quanto è grande).
Queste cose non sono per nulla indipendenti fra loro: una stella media è gialla, una grande rossa, una piccola blu, e il colore mi dice la sua temperatura superficiale.
Poi guardando le firme degli atomi capisco cosa c'è dentro, quindi quanto è vecchia (più bruci roba, più vedi cenere :)), se si è formata a partire da altre stelle o che.
Studiando un poco da queste informazioni se ne ricavano poi molte altre.

Poi ci sono oggetti più lontani che hanno firme diverse rispetto alle stelle: se pensi a un buco nero ti accori che c'è perchè fa ruotare le cose attorno a sè e deforma la luce che gli passa attorno: quindi vedi aloni dove non dovrebbe esserci nulla (lenti gravitazionali).

Se invece, come dici tu, i fotoni incontrano roba nel mezzo (i tuoi transatlantici), semplicemente, non li vediamo, quindi perdiamo informazioni... un po' come cercare di vedere il sole dietro le nuvole.

Ci sono infinite cose di cui si potrebbe discutere... ti confesso però che astrofisica è la parte della fisica che mi piace di gran lunga di meno (esame orribile, gente che non distingue 10 da 1 e pretende di capire molte cose...).

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Re: Il computer quantistico

Post by Bubillus » 08/09/2013 21:08

Sull'inserto del Sole24Ore che si chiama Nova24 è uscito un articoletto sui sistemi di sicurezza basati sull'entaglement quantistico. Rivendichiamo il fatto che il Sole è arrivato abbondantemente dopo questo Forum.
Comunque, tornando in argomento, immagino che prima o poi iniziarà una gara di brevetti. Appena un sistema simile sarà sia pur minimamente "commerciabile", quando cioè non sarà necessario portarsi dietro una carta di credito dotata di chip, banda magnetica e protosincrotone, probabilmente ci sarà la caccia ai laboratori universitari per accaparrarsi le tecniche e trasformarle in processi industriali.
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Re: Il computer quantistico

Post by CuginoIt » 09/09/2013 09:06

Credo che a livello di criptografia esistano già dei brevetti. Mi informerò meglio :)

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Re: Il computer quantistico

Post by Bubillus » 16/01/2014 11:02

Gli stramaledetti spioni globali dell'NSA stanno portando avanti l'assemblaggio di un computer quantistico. Il costo di 80 milioni di dollari mi ha un po' spiazzato nel mio progetto di dotarmi di un nuovo PC quantistico per avere dei vantaggi nel gioco online, sfora sostanzialmente il mio budget. Ma sarà una bufala o lo stanno facendo davvero?
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Re: Il computer quantistico

Post by CuginoIt » 16/01/2014 22:45

Io penso lo stiano facendo davvero.
Ma tutto dipende dalla definizione di "computer quantistico".

Già una azienda, la d-wave, ha commercializzato un computer quantistico dal costo di circa 30 o 40 milioni di dollari che è stato comprato da altre aziende tipo Google, o la Lockheed aeronautica...
Questo però non è un computer quantistico universale che può far girare qualunque possibile programma, ma può solo eseguire alcune operazioni e risolvere alcuni problemi.
Al momento l'efficienza di tale oggetto è paragonabile alle migliori simulazioni di Montecarlo quantistici su enormi cluster di computer classici per quanto riguarda l'esecuzione dei programmi dove il computer quantistico dovrebbe essere forte.

A Delft hanno inaugurato da poco un nuovo laboratorio del politecnico dedicato allo sviluppo di un computer quantistico (in questo caso più che altro di una memoria quantistica). Anche là l'investimento arriverà a quasi 100 milioni di Euro distribuiti su una decina di anni...

La differenza fra NSA, d-wave, e università di Delft è che la prima ha scopi militari segretissimi, la seconda ha scopi commerciali brevettatissimi e segretissimi, i risultati di Delft, invece saranno pubblicati...

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Re: Il computer quantistico

Post by CuginoIt » 14/02/2014 16:10

Voglio abusare del fo.Orum per un po' di sano spam scientifico....

... potrei suggerirvi di aprire questo video (ma solo per stomaci forti, e solo per pochi secondi):

http://www.youtube.com/watch?v=B-4FqBrNyIk

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Re: Il computer quantistico

Post by Code159 » 14/02/2014 18:04

Spero che tu abbia ucciso quello che per tutta la lezione ha fatto un casino terribile >.<.
Ho cercato di seguire il discorso ma mi mancano le basi credo per capirci qualcosa. La mia conoscenza della fisica si limita al mio esame da 6 crediti che copre meccanica ed elettromagnetismo.
2 anni fa circa ho seguito per pura curiosità il corso di meccanica quantistica nel dipartimento di fisica della mia università, ma ovviamente ricordo solo nozioni sparse che hanno catturato la mia attenzione.
Questo dei computer quantistici è un argomento che, da informatico, mi incuriosisce parecchio e credo che approfondirò la cosa.

Ora vengono le domande sceme:

Con i computer quantistici si sta cercando solo di sotituire le cpu con qualcosa di più veloce oppure stiamo per assistere alla nascita di un nuovo tipo di architettura?

Se si sta costruendo un nuovo tipo di architettura, queste macchine quantistiche sono equivalenti ad una macchina di Touring?
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Re: Il computer quantistico

Post by CuginoIt » 14/02/2014 18:40

Si', il livello delle lezioni e' altino: e' una scuola per studenti di PhD, quindi e' richiesta una laurea in fisica teorica e un po' di fondamenti specifici per seguire...

Riguardo le domande, il computer quantistico e' proprio un'altra architettura, una bestia diversa rispetto ad un computer classico, con una logica diversa alle spalle. Quindi e' improprio parlare di macchina di Turing.

Se ti interessano questioni di architettura, beh, posso dirti che in principio avrai bisogno di "processori", che, nel mio modo di vedere le cose non saranno troppo diversi da quelli classici: un processore lo intendo come qualcosa che legge un algoritmo e lo traduce in operazioni sul sistema fisico (se vogliamo in mezzo possiamo considerare un compilatore da algoritmo a operazioni fisiche).
Quello che cambia radicalmente sono RAM e HARD DISK :)

In particolare io faccio il tifo per una serie di proposte chiamate computer quantistici topologici e, per esempio, ho scritto un lavoro l'anno scorso dove affrontiamo il problema di costruire una RAM con strani oggetti fisici, chiamati modi di Majorana, per cui la abbiamo ribattezzata RAMM (Random Access Majorana Memory) :)

Riguardo la domanda sulla macchina di Turing, esiste un concetto simile per i computer quantistici, cioe' quello di computer quantistico universale. Un computer quanstistico universale, per essere tale, deve poter applicare qualunque algoritmo. Si dimostra che, per far questo, e' suffuciente essere in grado di poter applicare un piccolo insieme di operazioni. Fra queste hai bisogno di almeno due diverse operazioni sul singolo qubit, e di una operazione fra due qualunque qubit (control-Not)....

Infine, per rispondere alla tua ultima domanda, se ho un computer quantistico universale, in principio, posso riprodurre il comportamento di una macchina di Turing classica, con qualche premessa pero': una computazione classica non e' reversibile; questo vuol dire che puoi cancellare informazione. In una computazione quantistica non e' mai possibile ne' copiare, ne' cancellare. Quindi per simulare una computazione classica in cui cancelli informazioni, ho bisogno di un computer quantistico con un numero di qubit piu' grande dei bit di quello classico, e, alla fine del conto, ottengo il risultato classico su un sottoinsieme dei qubit quantistici. In principio questa cosa puo' essere molto poco efficiente.

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