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Archivio per Computer quantistici

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.

Intel pronta con un processore quantistico con 17 qubit – Tom’s Hardware


Articolo molto interessante per chi segue gli sviluppi dei computer quantici. Su Tom’s Hardware viene segnalata la produzione, da parte di Intel, di un chip quantico a 17 qubit, con interessanti caratteristiche di stabilizzazione dello stato d’instabilità intrinseco al concetto di computazione quantistica e, ovviamente, degli elementi hardware che la supportano. Un estratto:

Al centro di tutto non ci sono i bit, ma i qubit, l’unità di informazione quantistica. Questi sono i blocchi fondanti di un computer quantistico, come i bit lo sono in un computer tradizionale. Usando i qubit – che possono assumere nello stesso tempo il valore 0, 1 o entrambi – i ricercatori credono che i computer saranno in grado di processare “più soluzioni per un singolo problema nello stesso momento” piuttosto che svolgere calcoli sequenziali. Il tutto a una velocità senza precedenti.

In questo modo saranno risolti problemi complessi che i computer più moderni, basati su architettura tradizionale, non sono in grado di risolvere o che impiegherebbero anni a risolvere. Chimica, scienza dei materiali e modellazione molecolare sono solo alcuni dei settori in cui i computer quantistici potrebbero portare a una svolta. Ad esempio potrebbero contribuire a creare un nuovo catalizzatore per sequestrare l’anidride carbonica, un superconduttore a temperatura ambiente o scoprire nuovi farmaci.

A oggi malgrado i progressi, le molte teorie e le sperimentazioni, permangono sfide intrinseche alla costruzione di sistemi quantici di grandi dimensioni su vasta scala capaci di produrre risultati precisi. Creare qubit uniformi e stabili è una di queste sfide.

Leggi il seguito di questo post »

Real snowflake


Circuiti stampati elettroquantici a propulsione biologica.

Novità dalla computazione quantistica


Due post quasi contemporanei sono apparsi oggi sulla piattaforma WordPress, a indicare i progressi fatti nel campo della computazione quantistica. Il primo segnala, su OggiScienza, un nuovo tipo di componente per i computer che può ovviare a problemi di realizzazione e affidabilità degli stessi: i cristalli liquidi quantistici tridimensionali. Il problema principale dei computer quantistici è, infatti, il mantenimento dell’informazione, che non deve collassare prima del dovuto; con questo nuovo componente sembra che la caratteristica ricercata venga trovata in modo soddisfacente (qui l’articolo intero, per chi ha sete e voglia di sapere).

Altro riferimento odierno è il buon Alessio “Galessio” Brugnoli, che sul suo blog opera una disamina sulle applicazioni commerciali dove tali elaboratori potranno trovare largo e soddisfacente impiego. Il futuro è davvero un’ipotesi… quantica, direi.

Record di stabilità per il qubit vestito – Le Scienze


Realizzato un qubit, l’unità d’informazione su cui saranno basati i futuri computer quantistici, con lo spin di un atomo di silicio immerso in un campo elettromagnetico che oscilla costantemente nelle frequenze delle microonde. Il dispositivo, denominato qubit “vestito”, ha una stabilità dieci volte superiore a quella dei qubit ordinari realizzati finora.

Da Le Scienze un interessante articolo che apre prospettive sempre più concrete sull’avvento futuro di computer quantici. Un’enormità di potenza di calcolo in più che rivoluzionerà il mondo della computazione.

Secondo molti esperti del settore, il futuro del calcolo automatico sarà del computer quantistico. In esso il supporto di codifica del bit, l’unità d’informazione binaria dotata di due soli valori, o stati, indicati come 0 e 1, non sarà più un circuito elettrico aperto o chiuso, per esempio un transistor, ma gli stati quantistici di un sistema microscopico: fotoni, atomi o molecole, che costituiscono il supporto di un bit quantistico, o qubit. In questi casi il vantaggio è che ciascuno di questi oggetti del mondo microscopico può esistere in una sovrapposizione di stati quantistici diversi, espandendo enormemente la potenza di calcolo.

Chiaramente, maneggiare uno di questi oggetti microscopici a fini pratici è un compito più facile a dirsi che a farsi. In effetti uno degli obiettivi di molti laboratori in tanti paesi del mondo è realizzare qubit sempre più stabili e affidabili.

L’ultimo risultato in ordine di tempo è un nuovo tipo di qubit realizzato da ricercatori dell’Università del New South Wales (UNSW), in Australia, e descritto in un articolo su “Nature Nanotechnology”. Questo tipo di qubit è in grado di rimanere in una sovrapposizione stabile di stati per un tempo dieci volte superiore rispetto ad altri qubit simili realizzati finora. Ciò consente di espandere enormemente il tempo durante cui potrebbero essere effettuati i calcoli in un futuro computer quantistico. Si tratta in realtà di un “qubit vestito” (dressed qubit), un termine con cui si indica un atomo, in questo caso di silicio, accoppiato a con un campo magnetico.

La fine del cosmo liquido


Il rapporto pregevole del cuore psichico si rapprende usando gli strali dello spaziotempo inutilizzato. Nella fine del cosmo liquido.

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