Computer quantistico risolve problema 3 milioni di volte più velocemente di un computer classico

Un team di scienziati della società di informatica quantistica D-Wave ha dimostrato di poter simulare alcuni materiali fino a tre milioni di volte più velocemente rispetto ai metodi classici. Gli scienziati, con l’aiuto dei ricercatori di Google, hanno misurato la velocità della simulazione su uno dei processori “quantum annealing” e hanno scoperto che le prestazioni aumentavano con la dimensione della simulazione e la difficoltà del problema, per ottenere un aumento di milioni di volte rispetto a quanto si potrebbe ottenere con una CPU classica.

Il problema utilizzato in questo esperimento è stato risolto dai vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2016 – Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz e David Thouless – che hanno studiato il comportamento del cosiddetto “magnetismo esotico”, che si verifica nei sistemi magnetici quantistici. Negli anni ’70, i premi Nobel hanno utilizzato metodi matematici avanzati per descrivere le proprietà di un magnete quantistico bidimensionale, che ha fornito dati sugli stati “esotici” che la materia può assumere.

Questa indagine non dimostra la supremazia quantistica, ma il fatto che i processori “quantum annealing” dell’azienda possono fornire un vantaggio in termini di prestazioni computazionali. “Questo lavoro è la prova che gli effetti quantistici forniscono un vantaggio computazionale nei processori D-Wave“, ha riassunto Andrew King.

In cosa consiste la tecnologia “quantum annealing”

I processori di D-Wave sono basati sulla tecnologia “quantum annealing“, una tecnica di calcolo quantistico utilizzata per trovare soluzioni ai problemi di ottimizzazione. Questi processori sono più facili da controllare e utilizzare rispetto agli equivalenti basati su porte.

Questo team ha utilizzato il sistema D-Wave da 2.000 qubit per simulare il magnetismo esotico. Il sistema è stato recentemente ottimizzato per ridurre il rumore e modellare un sistema magnetico quantistico programmabile, come hanno sviluppato Berezinskii, Kosterlitz e Thouless negli anni ’70.

Gli scienziati hanno anche programmato un algoritmo classico standard per questo tipo di simulazione – chiamato “Monte Carlo path-integral” (PIMC) – per confrontare i risultati quantistici con i calcoli eseguiti dalla CPU. I risultati hanno mostrato che la simulazione quantistica ha superato i metodi classici. “La dimostrazione di successo di fenomeni così complessi è, di per sé, un’ulteriore prova della programmabilità e della flessibilità del computer quantistico D-Wave“, ha reagito il CEO dell’azienda, Alan Baratz. “La cosa più importante è il fatto che ciò non è stato dimostrato in un problema sintetico o in un ‘trucco’. È stato ottenuto in un vero problema di fisica, una dimostrazione del valore pratico del processore D-Wave“.

L’articolo scientifico è stato pubblicato il 18 febbraio su Nature Communications.