Anche i computer quantistici possono trarre vantaggio dall'auto-miglioramento

Quando Albert Einstein descrisse per la prima volta l'entanglement quantistico nel 1935, usò termini come "inquietante" per via del suo comportamento bizzarro. È altamente improbabile che abbia mai immaginato che queste strane particelle sarebbero diventate la spina dorsale di una rivoluzione informatica quantistica.

A quel tempo, la fisica quantistica era diversa da qualsiasi cosa il mondo avesse mai visto prima, e rimane una scienza all'avanguardia che ha il potenziale per rimodellare il mondo così come lo conosciamo. Oggi, i computer quantistici continuano a spingere i confini della tecnologia e sono una componente cruciale per far progredire la comprensione mondiale dell'entanglement quantistico.

Cosa sono i computer quantistici e come funzionano?

Molti vedono i dispositivi quantistici come il futuro dell'elaborazione ad alta velocità. Queste potenti macchine possono superare persino il supercomputer più avanzato di ordini di grandezza. Le loro prestazioni e capacità migliorate derivano dal fatto che questi dispositivi si basano su bit quantistici chiamati qubit anziché su bit di elaborazione tradizionali.

I qubit forniscono capacità di calcolo molto più elevate perché sfruttano il comportamento unico della fisica quantistica. Azioni come sovrapposizione, entanglement e interferenza quantistica possono creare computer con capacità molto maggiori rispetto ai sistemi tradizionali.

Comprensione dell'entanglement quantistico nell'informatica moderna

Incredibilmente, i computer quantistici possono fornire prestazioni così elevate grazie alla composizione dei qubit e all'entanglement quantistico. L'entanglement quantistico si riferisce a un fenomeno unico in cui due particelle rimangono interconnesse, nonostante la loro distanza.

Nemmeno anni luce di distanza separano i qubit quantistici connessi. In particolare, le particelle bloccate nell'entanglement quantistico non possono essere descritte in modo indipendente, poiché il loro stato è condiviso da tutte le particelle bloccate.

Come viene rilevato l'intreccio quantistico oggi? Metodi attuali spiegati

Uno dei più grandi ostacoli alla creazione di computer quantistici più accessibili è che può essere estremamente difficile rilevare l'entanglement quantistico. Il metodo attuale utilizza l'approccio Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH), introdotto nel 1969. Questo approccio può rilevare l'entanglement trovando incongruenze tra le previsioni quantistiche e il realismo locale.

Ultime innovazioni nel calcolo quantistico: aggiornamento 2025

Il metodo CHSH è stato l'approccio preferito dagli ingegneri informatici quantistici per anni. Tuttavia, i recenti progressi dell'intelligenza artificiale hanno reso più popolari i metodi basati sull'apprendimento automatico adattivo per il rilevamento dell'entanglement. Gli ingegneri hanno creato potenti reti neurali in grado di monitorare e classificare meglio gli stati quantistici tra entangled e separabili.

Limiti dei computer quantistici odierni e come gli scienziati li stanno superando

Uno dei principali problemi dei computer quantistici più avanzati di oggi riguarda la rilevazione di particelle entangled. Questi sistemi, come il CHSH, non possono mai ottenere una misurazione accurata, poiché è stato dimostrato che il metodo di osservazione altera e distrugge alcuni stati quantistici.

Ironicamente, l'entanglement quantistico può collegare particelle attraverso galassie, ma è di per sé molto fragile. Quando gli strumenti CHSH vengono utilizzati per effettuare misurazioni di uno stato quantistico e misurazioni locali su sottosistemi spazialmente separabili, ciò causa inavvertitamente il collasso della funzione d'onda globale in gran parte del sistema.

Nuovo studio: come i computer quantistici possono rilevare il proprio entanglement

Lo studio "Rilevamento e protezione dell'intreccio tramite non località, testimone dell'intreccio variazionale e misurazioni non locali, "¹  pubblicato su Physical Review Letters, evidenzia un modo migliore per rilevare quando si verifica l'entanglement quantistico. Invece di affidarsi a un algoritmo di intelligenza artificiale per raggiungere questo obiettivo, gli ingegneri della Tohoku University e della St. Paul's School di Londra hanno introdotto un'opzione basata sulla fisica quantistica.

Questo è il primo algoritmo quantistico in grado di rilevare l'entanglement senza causare alcun danno. Gli ingegneri affermano che il loro nuovo framework di misurazione non locale, chiamato variational entanglement witness (VEW), consente ai computer quantistici di condurre controlli in merito al loro stato quantistico.

Che cosa è il Variational Entanglement Witness (VEW) nel calcolo quantistico?

Il protocollo witness di entanglement variazionale inizia analizzando ogni stato utilizzando l'algoritmo quantistico proprietario. Questo nuovo sistema prende in considerazione i dati raccolti da un operatore witness parametrizzato e li combina con qualsiasi disuguaglianza CHSH.

Questo approccio consente al sistema di separare le particelle in due categorie, aggrovigliate e separabili. A differenza degli approcci precedenti, questo metodo consente un rilevamento ottimizzato dell'aggrovigliamento senza causare alcuna degradazione delle particelle aggrovigliate nell'area di osservazione.

Fonte – Università di Tohoku

Test dei computer quantistici: come VEW preserva l'entanglement

Per testare la loro teoria, gli ingegneri hanno iniziato con chip superconduttori. L'obiettivo di questa azione era simulare la misurazione non locale e valutare lo stato post-misurazione dei qubit quantistici per confermare la conservazione dell'entanglement nelle aree ottimizzate. I test includevano sia test di laboratorio che simulazioni al computer.

Gli ingegneri hanno concluso che il loro nuovo metodo migliora l'affidabilità del rilevamento dell'entanglement su tutta la linea. Ha superato in modo affidabile i metodi precedenti, comprese le opzioni assistite dall'intelligenza artificiale, e ottimizza l'efficienza della distinzione tra stati separabili e entangled.

Keenly, il test dimostra che il metodo può effettuare misurazioni dettagliate senza causare alcun collasso della funzione d'onda. Come tale, sarà cruciale nelle future scoperte tecnologiche e ricerche in cui il monitoraggio dello stato quantico di queste particelle è cruciale per il successo.

Perché VEW è importante: vantaggi per il futuro della tecnologia quantistica

Sono diversi i vantaggi che questo studio sul calcolo quantistico porta al mercato. Innanzitutto, consente a ingegneri e ricercatori di misurare e valutare accuratamente le proprietà di entanglement senza compromettere la funzione d'onda quantistica. Di conseguenza, è molto più affidabile e accurato di qualsiasi opzione attuale.

Applicazioni pratiche dei computer quantistici e cosa ci riserva il futuro

Ci sono molte applicazioni per questa tecnologia. Per prima cosa, il quantum computing integrerà questa tecnologia per migliorare le sue offerte e capacità. Attualmente, i computer quantistici sono follemente costosi a causa della loro precisione e dei costi di manutenzione.

Ad esempio, i computer quantistici richiedono un sistema di raffreddamento molto intenso per funzionare. Questi sistemi possono essere ottimizzati utilizzando i dati di questo studio, poiché il nuovo metodo di rilevamento consentirà agli ingegneri di monitorare meglio gli effetti del sistema sull'entanglement.

Comunicazione quantistica: connessioni in tempo reale con particelle entangled

Il settore della comunicazione quantistica ha il potenziale per rivoluzionare la comunicazione. Poiché le particelle quantistiche in uno stato entangled sono connesse, costituiscono un dispositivo di comunicazione perfetto. In futuro, la comunicazione quantistica consentirà a ingegneri e viaggiatori spaziali di comunicare quasi in tempo reale, indipendentemente dalla distanza e attraverso qualsiasi forma di interferenza naturale.

Crittografia quantistica: il futuro della sicurezza indistruttibile

La crittografia quantistica utilizza la fisica quantistica per completare i requisiti crittografici. La potenza di questi sistemi avanzati ha la capacità di rendere obsoleti i metodi di crittografia attuali. Attualmente, gli ingegneri stanno guardando alle opzioni di calcolo quantistico sia per la crittografia che per decifrare i metodi di crittografia attuali.

La minaccia che i computer quantistici pongono ai sistemi di crittografia tradizionali è molto reale. Ci sono già state criptovalute che sono state specificamente costruite con protezione quantistica inclusa nella loro codifica come un modo per rendere le monete a prova di futuro da nuovi metodi di hacking quantistico.

Cronologia dei computer quantistici

C'è ancora molto lavoro da fare per integrare questa nuova tecnologia quantistica nei computer avanzati di oggi. Potrebbero volerci più di 10 anni prima che si possa avere un computer quantistico personale a un prezzo accessibile.

Nonostante l'attesa per le applicazioni commerciali, questa tecnologia potrebbe essere immediatamente utilizzata da governi, militari e altri enti che cercano di approfondire la comprensione dell'entanglement quantistico.

Incontra i ricercatori dietro la svolta dell'entanglement quantistico

Lo studio sul calcolo quantistico è stato condotto da Le Bin Ho, professore associato presso il Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences e la Graduate School of Engineering della Tohoku University. È stato assistito da Haruki Matsunaga e altri ingegneri della Tohoku University e della St. Paul's School di Londra.

Progetti per il futuro

Ora che il team ha dimostrato l'efficacia del suo algoritmo, il suo prossimo obiettivo è migliorarne le prestazioni. Incredibilmente, i ricercatori hanno già iniziato a mettere a punto l'algoritmo per potenziarne le capacità di rilevamento dell'entanglement.

Le principali aziende che stanno promuovendo il calcolo quantistico nel 2025

La corsa per creare computer quantistici affidabili e accessibili è iniziata. Grandi aziende come Microsoft e NVIDIA dominano questo settore e hanno investito milioni nella creazione di questi dispositivi di elaborazione di fascia alta.

In particolare, la natura avanzata della tecnologia apre inevitabilmente le porte alle aziende più piccole per diventare una presenza rivoluzionaria sul mercato. Ecco un'azienda di questo tipo che ha attirato molta attenzione ultimamente.

IonQ Inc

IonQ Inc. (IONQ ) è entrata sul mercato nel 2015. In particolare, i fondatori dell'azienda, Christopher Monroe e Jungsang Kim, lavoravano nel campo della meccanica quantistica da quasi 25 anni. Questa esperienza ha permesso all'azienda di entrare molto rapidamente nel settore e di diventare uno dei principali ricercatori di informatica quantistica al mondo.

Oggi, il produttore di computer quantistici con sede nel Maryland ha operazioni e clientela in tutto il mondo. Ha firmato contratti di alto livello, tra cui un contratto da 54.5 milioni di dollari con l'US Air Force Research Lab. L'accordo incarica IonQ di creare infrastrutture per futuri sistemi quantistici.

Sin dal suo lancio, IonQ si è assicurata diversi investitori di alto livello e professionisti del settore. In particolare, nel 2019, Peter Chapman di Amazon Prime è stato nominato CEO. Da allora, l'azienda ha stretto partnership strategiche con Azure, Google Cloud e Microsoft, per citarne alcune.

Chi è alla ricerca di un titolo azionario affidabile e collaudato nel settore dei computer quantistici dovrebbe approfondire la conoscenza di IONQ. La comprovata esperienza dell'azienda e i continui investimenti nella sua rete e nei suoi prodotti le hanno permesso di ottenere un solido rating "Buy" dalla maggior parte degli analisti.

Ultime notizie su IonQ Inc.

Perché la rivoluzione del Quantum Computing cambia tutto

L'introduzione dei computer quantistici è un passo importante per l'umanità. Aprirà le porte a sistemi di intelligenza artificiale più avanzati e consentirà agli ingegneri di condurre simulazioni e ricerche su una scala completamente nuova.

Tutti questi fattori rendono questo studio un punto di svolta. In quanto tale, il team dietro questa ricerca merita un riconoscimento per i suoi sforzi e il suo duro lavoro. Pone le basi per la prossima rivoluzione computazionale.

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Studi citati:

^{1. Matsunaga, H. e Ho, LB (2025). Rilevamento e protezione dell'intreccio tramite non località, testimone dell'intreccio variazionale e misurazioni non locali. Ricerca di revisione fisica, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239}