I Computer Quantistici

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Una mente per il computer quantistico

Ben tornati nel nostro blog, io sono Roberto e oggi vi parlerò del legame stretto che ci sarà fra computer quantistici e intelligenza artificiale nel futuro.

Prima però un breve excursus sull’intelligenza artificiale; il termine nasce nel 1956 quindi quasi in contemporanea con lo sviluppo dei primi computer, esso è un ramo dell’informatica che interfaccia il computer a una sorta di ragionamento tipico dell’uomo, riuscendo ad imparare dall’esperienza. Ciò è anche detto machine learning, e ne esistono 2 tipi di algoritmi più importanti, i primi i quali si migliorano in base ai propri errori facendo si che un’intelligenza artificiale che non è stata programmata per uno specifico scopo, riesca dopo vari tentativi a risolvere il problema richiesto; e i secondi i quali in base alle immagini che vengono fornite alla macchina e alla connessioni che vengono imposte dal programmatore crea altri collegamenti non specificati in partenza.

Immagine che simbolegga l'intelligenza artificiale

I problemi che ora si riscontrano, con i computer moderni, sono numerosi, come ad esempio il numero di immagini che una intelligenza artificiale deve elaborare e quindi il tempo che ci impiega a farlo. Mentre invece possedendo un computer quantistico il tempo necessario per trasformare le informazioni in dati è sicuramente inferiore, se non del tutto non paragonabile, come anche accennavo mio precedente blog post. Questo genere di computer quindi, riuscirebbe a ridurre la curva di apprendimento per le macchine di intelligenza artificiale, permettendo di istruire le macchine per compiere più mansioni senza dover spendere più tempo.

Ciò può aprire ad un mondo per davvero fantascientifico dove androidi camminano per la strada capaci di pensare o comunque di riconoscere ciò che lo circonda e elaborare una connessione logica fra ciò che vede e quello che è stato salvato nella sua memoria, che sia un male o un bene questo solo il tempo lo potrà dire, del resto attualmente, i computer quantistici non sono ancora stati perfezionati e dunque prima di poter vedere un vero androide funzionante come in un libro ci vorranno ancora molti anni.

Ad un prossimo post

Roberto G

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Ed eccomi qui, io sono Roberto e questo è il mio video di presentazione!

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Il ragionamento del computer quantistico

Ciao, eccoci di nuovo sul mio blog. Iniziamo subito, poiché in questo terzo post sono presenti informazioni di rilievo! In questo articolo spiegherò come ragiona un computer quantistico, quale struttura di “pensiero” è intrinseca nelle sue proprietà fisiche e in quali ambiti odierni potrebbe rivelarsi utile. Inizio riportando una situazione creata da Daniel Zajfman: presidente del Weizman Institute, istituto di ricerca in Israele, il quale sottolinea la differenza principale, dal punto di vista degli algoritmi risolutivi, tra un computer tradizionale e uno quantistico: «Immaginiamo che lei voglia fare un viaggio e visitare dieci città: una dopo l’altra, in aereo, il più velocemente ed economicamente possibile. Un computer normale calcolerà in venti/trenta secondi l’itinerario migliore, se le città diventano quindici o venti il computer avrà bisogno di 10.000 ore di calcolo, con trentacinque servirà l’età dell’universo. Un computer quantistico non è più veloce, ma guarda ai problemi in una maniera completamente diversa: invece di affrontarli con calcoli in serie, nel nostro esempio provando tutte le soluzioni di viaggio un volo dopo l’altro, può guardare al problema nel suo insieme con un’unica operazione». Questo chiaro esempio implica che il computer quantistico, e i qbit che lo compongono, possono essere in infinite configurazioni diverse, in un istante di tempo minuscolo (sovrapposizione degli effetti) tutti al lavoro allo stesso tempo per infiniti distinti calcoli che formeranno un’unica operazione congiunta che porterà alla risoluzione del problema. Invece di affrontare calcoli in serie, il computer quantistico genera algoritmi nuovi che gli permetteranno di trovare non soltanto una risposta, ma infinite soluzioni teoriche le quali dovranno essere vagliate per determinarne una migliore. Per spiegarmi meglio ti fornisco un esempio e un’immagine:

Schema esplicativo del ragionamento di un computer quantistico Un computer quantistico che deve trovare la strada d’uscita da questo labirinto con un solo punto di partenza, cercherà tutte le possibili uscite e successivamente individuerà ogni percorso percorribile dall’inizio alla fine, provandoli contemporaneamente tutti quanti. Sarà poi compito dell’umano (o di un algoritmo decisionale) stabilire se sarà meglio varcare l’uscita numero 1, 2, 3 o 4. Questo ragionamento implica che un computer quantistico non sarà necessariamente più veloce dei computer tradizionali, ma riuscirà a determinare algoritmi totalmente diversificati, da poter essere migliore e più rapido nella risoluzione dell’intero problema. Come per i primi elaboratori elettronici, per i quali si pensava che si sarebbero costruiti calcolatori diversificati per ogni categoria di problema e non macchine universali, anche per i computer quantistici si crede che in futuro sarebbero più utili computer specializzati che comunichino tra loro attraverso singole particelle di luce. Riguardo questo ambito è stata creata un’equipe di ricercatori europei, tra fisici, informatici e ingegneri, coordinata dal CNR, che lavora alla creazione di una nuova generazione di laser attraverso il progetto denominato QOMBS. Come afferma Tommaso Calarco, ricercatore italiano presso il CNR: «QOMBS mira a sviluppare una nuova generazione di laser capaci di creare un fascio di luce non-classica nello spettro infrarosso composto da diverse frequenze». Queste tipologie di laser potranno essere utilizzate nelle comunicazioni cifrate, nella trasmissione di segnali tra computer ultraveloci, nella creazione di sensori ultraprecisi quali GPS, orologi quantistici, oppure nella comunicazione tra i diversificati computer quantistici. Da questa piattaforma di partenza si potranno implementare numerose altre innovazioni scientifiche come i veicoli a guida autonoma, tipologie di comunicazioni cifrate più sicure e, determinare un definitivo blocco ad attacchi informatici indesiderati da parte di enti speculatori o fraudolenti. Mi raccomando, continua a seguire il nostro blog e inseriscilo tra i tuoi preferiti cosicché non dimentichi le pubblicazioni dei prossimi articoli! Simpaticamente Enrico G.

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I nostri dati saranno al sicuro con i Computer Quantistici?

Eccomi qua, sono Roberto, e oggi parlerò di uno dei possibili risvolti più importanti e rischiosi dovuti alla creazione di computer quantistici, ossia la crittografia.

Parto descrivendo quello che è il costo computazione di un algoritmo, ossia l’ordine di grandezza della funzione che determina il numero di operazioni da svolgere per eseguire l’algoritmo, al crescere della dimensione dei dati in ingresso; questa funzione è inoltre proporzionale al tempo di esecuzione dell’algoritmo stesso, perciò maggiori saranno i passaggi e i dati in input, maggiore sarà il tempo che il computer utilizzerà per eseguire il programma.

Fino ad ora, tentare di decriptare un file è sempre stato impensabile o comunque molto poco probabile, questo perché algoritmi di crittografia, come il RSA( basato sulla crittografia asimmetrica ), propongono una complessità esponenziale, ossia, man mano che cresce la dimensione del problema, il numero delle operazioni da fare cresce esponenzialmente.

Ad esempio se un algoritmo avesse come ordine di grandezza della complessità 3 elevato alla N, dove N è il numero di dati in input, un computer medio ci impiegherebbe, per 40 numeri, 3855 secoli, rendendo perciò totalmente inutile l’esecuzione dell’algoritmo.

Costo computazionale algoritmo RSA

Ciò però potrebbe venire meno grazie ai computer quantistici, questo perché tramite la possibilità di eseguire i calcoli non più sequenzialmente ma direttamente nello stesso istante, il tempo impiegato da una macchina del genere, potrebbe essere davvero esiguo, andando perciò a creare enormi problemi a qualsiasi sistema si basi su algoritmi non “protetti”, ossia non pensati per poter far fronte alla enorme potenza di calcolo sviluppata da questi computer.

Dovranno perciò essere rivisti tutti quanti i sistemi di sicurezza, andando perciò a studiare un nuovo metodo di crittografia che deve per forza esulare da quello che è il costo computazionale di un algoritmo, visto che non sarà più un problema per i computer quantistici.

Rispondendo perciò al quesito posto nel titolo, no, i nostri dati, ora come ora non possono rimanere al sicuro, ma credo di avere la certezza che una volta che saranno davvero reperibili i computer quantistici, si sarà adottato un nuovo sistema di crittografia tale da mantenere sicuri i dati.

Al prossimo post

Roberto G

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La mia prima esperienza con Internet

Salve, io sono Roberto, studio al Politecnico di Torino ingegneria informatica e la mia passione è la programmazione.

In questo blog tratterò l'utilità dei computer quantistici e come essi potranno cambiare il mondo.

Ora però racconterò delle mie prime esperienze con internet.

Molto probabilmente iniziò tutto quando avevo tre o quattro anni, quando mio padre mi mise per la prima volta davanti ad un computer, con un'unico avvertimento, "Non andare in Internet"; questo perchè ero molto piccolo e probabilmente se ci fossi andato avrei solo creato problemi, inoltre in quel periodo ciò che mi interessava era semplicemente giocare ai videogiochi, non avevo idea del mondo che si nascondeva dietro una singola icona.

Andando avanti con gli anni, invece di giocare sul computer ho preferito spostarmi sulle console, tralasciando così l'idea di entrare in contatto con il web, fino quando non esplose Facebook in Italia.

Tastiera "QWERTY"

Se non sbaglio ciò avvenne fra la prima e la seconda media, quando avevo circa 10 anni. Non era ben visto come sito dai miei genitori che lo ritenevano nocivo per un ragazzino di quella età, senza nemmeno contare le ipotetiche frodi che potevano essere fatte prendendo le immagini e le informazioni dal sito, ma nonostante ciò in gran segreto decisi di crearmi un account fake, senza quindi dover mettere mie informazioni personali, in modo che se qualcuno avesse provato a cercare il mio nome e cognome, non sarebbe uscito nulla se non un tipo americano mio omonimo. Fu però tramite questo account che mi resi conto della vastità di persone che poteva contenere una piattaforma come Facebook e di conseguenza quelle che sono le potenzialità del web, ossia il mettere a contatto persone differenti provenienti da qualsiasi parte del mondo con interessi comuni.

Da li in poi iniziai sempre di più a prendere confidenza con il mondo di Internet fino a, secondo me, diventarne parte.

Al prossimo post

Roberto G.

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Dalla storia al funzionamento di un computer quantistico

Ehilà, finalmente ci si rivede! Io sono sempre Enrico e questo è il mio secondo post sul blog. Invece di discutere ancora sulla mia prima esperienza personale con internet (argomento dello scorso post), in questo articolo vi parlerò di come la ricerca scientifica è stata determinante ed è tuttora alla base del funzionamento di un computer quantistico, e su quali principi fisici si basa questa nuova frontiera. Ma prima di iniziare in “medias res” e capire cos’è un computer quantistico e come funziona, analizziamo qualche pillola sulla storia dei computer quantistici. L’origine della storia risale al 1982, quando R. Feynman, fisico statunitense, espone la teoria ipotizzandone la realizzazione, definendoli «macchine di elaborazione che permettono lo studio di sistemi quantistici difficili da studiare in laboratorio e impossibili da modellare con un supercomputer». Successivamente nel 1985 D. Deutsch descrisse per primo la logica di un calcolatore quantistico, il quale avrebbe dovuto utilizzare il parallelismo quantico, ovvero la possibilità di operare calcoli in parallelo e non sequenziali, e la possibilità di elaborazione generalista, quindi di non sottostare alla logica booleana e senza avere l’obbligo predeterministico di interazioni o funzioni logiche. Infine, Deutsch andò oltre la tesi di Church-Turing affermando che «ciascun sistema fisico finitamente realizzabile può essere perfettamente simulato da un modello universale di macchina computazionale operante con risorse finite», principio secondo il quale un computer quantistico dovrebbe essere in grado di simulare qualsiasi esperimento fisico. Gettate queste prime basi teoriche, la ricerca ha sviluppato un’idea sempre più concreta che, nell’ultimo ventennio, ha stabilito le linee guida per la creazione di un computer quantistico. Oggi un computer quantistico è, da definizione, un computer che basa il suo funzionamento sulle leggi fisiche della meccanica quantistica moderna. La più grande differenza da un computer tradizionale è l’utilizzo di una nuova unità fondamentale: dai bit classici si passa ai qubit, cioè bit quantistici (quantistic bit). Queste inusuali unità di base sono sempre zero ed uno (acceso/spento). Ma quindi, qual è la differenza …? Beh, qui entra in gioco la prima legge fisica: la sovrapposizione degli effetti o principio di sovrapposizione quantistica, dove si afferma che ogni stato quantistico può essere descritto come la sommatoria di due o più altri stati quantistici sovrapposti tra loro. Analogamente avviene con i qubit, dove quest’ultimi sono, allo stesso tempo, sia zero che uno e probabilisticamente, anche tutti gli infiniti numeri compresi tra zero ed uno. Ma allora com’è possibile leggere il valore esatto di un una serie finita di qubit che trasmettono l’informazione? La meccanica quantistica non ci delude mai! Infatti, la proprietà che determina la lettura di uno stato quantistico che può solamente avvenire come sovrapposizione di più sistemi, si chiama correlazione quantistica o entanglement. Questo principio garantisce la lettura di una serie finita di qubit che, non potendo essere letti singolarmente, devono essere codificati partendo dal vincolo (correlazione) che li lega secondo una relazione di sovrapposizione, ovvero una serie finita di combinazioni che lavorano contemporaneamente. Dal punto di vista pratico, al giorno d’oggi, è possibile utilizzare il computer quantistico in due modi differenti: il primo si occupa di raffreddare i circuiti del computer ad una temperatura prossima allo zero kelvin, in modo tale da poterli sfruttare come superconduttori e poter lavorare in quasi assenza di resistenza, utilizzando anche altre proprietà fisiche; ed il secondo utilizza la trappola ionica quadrupolare: che permette di “intrappolare” particelle cariche all’interno di campi elettromagnetici, affinché lo spostamento derivato dagli elettroni di questi ultimi, possa produrre un cambiamento di stato quantico delle particelle ioniche che possono essere utilizzate come qubit. Mi raccomando, salvati il nostro blog tra i tuoi preferiti cosicché non dimentichi le pubblicazioni dei prossimi articoli! Simpaticamente Enrico G.

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Ciao io sono Enrico e in questo video di introduzione vi presento quali tematiche verranno trattate nel mio blog sui computer quantistici. Salvate il sito tra i vostri preferiti per rimanere aggiornati anche sui prossimi articoli! https://computerquantistici.tumblr.com Tutte le immagini contenute nel video sono state rilasciate con licenza Creative Commons. Le due fonti principali sono state: Flickr e Google Immagini

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La mia prima esperienza con Internet

Buongiorno, io sono Enrico: uno studente di ingegneria informatica del Politecnico di Torino e appassionato di tecnologia. Con Lorenzo e Roberto, due miei compagni di ingegneria, abbiamo iniziato una nuova esperienza: la gestione di questo blog! Il tema principale di quest’ultimo è discutere l’attualità del computer quantistico nei suoi diversi aspetti; ma nel mio primo articolo descrivo l’esperienza iniziale con il mondo di internet vissuta in prima persona. Già dai primi anni di vita ero incuriosito nello smontare qualunque cosa; capire come fosse fatta all’interno e successivamente divertirmi nel rimontarla, talvolta anche senza assicurato successo. Esattamente in quegli anni, dove anche il Meccano ed i Lego non mi bastavano più, arrivò il primo computer fisso a casa mia. Malgrado la brama di curiosità nel volerlo smontare, dovetti mettere un freno a tutto ciò, perché: «il computer non lo puoi ancora smontare, è troppo complicato e rischi di prenderti la scossa...»; quindi mi limitavo ad osservare assiduamente mio padre mentre lo utilizzava e cercava di connettersi ad internet tramite il doppino telefonico. Con queste prime connessioni, non era possibile utilizzare biunivocamente il telefono fisso e internet e, per questo, i miei genitori stabilirono delle regole per la sera: infatti nel caso avessimo dovuto ricevere una chiamata importante non avremmo potuto rispondere a causa della connessione ad internet, pertanto ci si poteva connettere non prima delle 22. Questi turni durarono poco, poiché nel 2001 comprammo il primo modem con il servizio di ADSL.

Primo modello di modem presente a casa mia: un Thomson speedtouch 330 Fonte: Flickr Dopo questo iniziale incontro con il mondo di internet, la prima vera esperienza personale arrivò qualche anno più tardi e fu la creazione della mia (ed ancora oggi la principale in uso) casella di posta elettronica su Google e, successivamente, data la mia “nuova esperienza” nel settore, anche quella familiare sull’host provider TeleTu. Vedere i miei genitori che possedevano un'e-mail e sapere che ne possedevo anche una io, mi faceva sembrare già un utente adulto ed esperto. Tuttavia la mia e-mail rimase inattiva per parecchio tempo, finché il mio insegnante delle elementari non provò a fare qualche piccolo incontro sull’utilizzo del computer e di internet, per farci capire qualche aspetto della nuova tipologia di mondo che iniziava a prendere sempre più piede. Tuttavia, negli anni in cui la casella di posta elettronica rimase inattiva mi divertii un mondo con i primi software per uso didattico sul web. Attraverso questi giochi, presi dalla piattaforma didattica di VbScuola: riuscii ad imparare in modo ludico i primi passi verso il sapere. Appresi a leggere prima del mio ingresso alla scuola primaria con “la Scuola degli Gnomi” ed il “Sillabario pizzaiolo”, riuscii a scoprire la logica delle combinazioni casuali con “Pappalotto” e, quando le operazioni con i numeri sembravano ostinate, capii che diventare un “Pastore di dinosauri” da sfamare con frutti numerati, era la miglior cosa! Mi raccomando, mettetevi il nostro blog tra i vostri preferiti cosicché non perdiate le pubblicazioni dei prossimi articoli! Simpaticamente Enrico G.