Se pensavate di aver visto tutte le serie di film di fantascienza, avete commesso un clamoroso errore. Ciò di cui stiamo per parlarvi, infatti, è a metà tra una notizia (non banale) e un film di fantascienza vero e proprio. Vi renderete conto che è possibile costruire un computer quantistico fai da te. Apriamo la nostra mente e prepariamoci per questo viaggio “quantico”.
Stiamo parlando proprio di Computer Quantistici, basati sul calcolo quantistico e che possono eseguire operazioni computazionali con maggiore efficienza rispetto ai computer classici. Certo, parlare di meccanica quantistica, la più completa teoria della meccanica in grado di descrivere il comportamento della materia e le reciproche interazioni con le radiazioni, nonché l’energia atomica e subatomica (dove le precedenti teorie classiche sono risultate inadeguate) e di tutto ciò che orbita attorno ad essa, suscita sempre un certo fascino e curiosità, anche per le diverse interpretazioni e teorie che si sono sviluppate. Ancor più quando ad essere al centro della nostra attenzione sono notizie di forte impatto come questa che riguarda un veterano francese della sicurezza, Yann Allain. Allain sta costruendo un computer quantistico nel proprio garage e ha presentato il suo progetto all’evento del Chaos Communication Congress. Si, avete letto proprio bene, un computer quantistico totalmente “hand made” in perfetto stile hacker. Dopo aver introdotto le potenzialità del calcolo quantistico, soprattutto nell’ambito della sicurezza, Yann Allain ha raccontato all’evento al quale ha partecipato, il suo viaggio nella progettazione e costruzione del computer quantistico “domestico” realizzato, spiegando sia il lato hardware che il software open source.
Figura 1. Funzionamento di un computer classico a logica binaria (binary digit) e di un computer quantistico a confronto
Il progetto del Quantum Computer
L’idea di base è stata quella di costruire un computer quantistico stabile che potesse funzionare a temperatura ambiente sfruttando la tecnologia degli ioni intrappolati e facilmente realizzabile, non in un laboratorio di fisica quantistica, ma in un semplice garage e da un esperto di sicurezza informatica. Intrappolando gli atomi si possono eseguire potenti operazioni computazionali. Concretamente, dopo aver effettuato alcune iterazioni, Allain ha creato un prototipo con KiCad, che è stato tagliato in un supporto di chip di ceramica vuoto con un router CNC hobbista, che potrà sopravvivere se posizionato in una camera a vuoto. Allain stima che il suo prototipo di computer quantistico raggiungerà 10-15 qubit che rappresentano l’unità di base dell’informazione quantica, detti anche bit quantici, con una singola trappola ionica e con l'obiettivo finale di incatenare diverse trappole ioniche in seguito.
Figura 2. Yann Allain al Chaos Communication Congress
Le potenzialità della meccanica quantistica
Si apre a questo punto uno scenario tutto da discutere e valutare, sull’effettiva sicurezza dei sistemi quantistici e su come questi possano essere interpretati e valutati dall’intera comunità scientifica e anche dai meno esperti. Se, infatti, da una parte, le tecnologie quantistiche sono considerate una minaccia per la sicurezza informatica, dall’altra rappresentano una vera e propria opportunità per migliorare la stessa sicurezza, sia in ambito crittografico relativamente alle chiavi di cifratura, che di intercettazione delle comunicazioni e di privacy nel cloud. Una delle nuove direzioni di crescita della meccanica quantistica è proprio lo sviluppo della crittografia quantistica che garantirebbe una trasmissione sicura dell'informazione dal momento che questa non potrebbe essere intercettata senza essere modificata in alcun modo. Inoltre, con le tecnologie di rete Quantum le intercettazioni di comunicazione sarebbero rilevabili, cosa che potrebbe portare in un futuro più o meno lontano alla creazione di una Internet quantistica.
Nel breve la tecnologia quantistica creerebbe solo una notevole disparità in termini di potenza di calcolo, tra chi potrà adottarla (che vedrà aperte porte ad altri precluse) e chi no (che resterà al palo). Il tutto fino alla normalizzazione della cosa ed alla tecnologia alla portata di tutti. Di per se (come ogni nuova tecnologia) non può essere altro che meravigliosa; il problema sarà come verrà utilizzata. Si a poterla sviluppare in un garage, ma una volta fatto il calcolo, dove andrò a mettere le informazioni, quali interfacce mi permetteranno di veicolare quelle quantità di dati, dove li immagazzinerò, insomma, credo che quello del calcolo sia l’ultimo dei problemi se in mezzo ho ben altri colli di bottiglia.
I computer quantistici troveranno il loro naturale posizionamento nella risoluzione di problemi complessi, come ad esempio quelli dell’ intelligenza artificiale.
Come appassionato di assemblaggio di computer, questa è una tecnologia ancora a me sconosciuta, mi piacerebbe capire come funziona la quantistica, per quanto riguarda la realizzazione di progetti in garage o in cantina come nel mio caso, ho passato giornate a sperimentare o assemblare pc o altri progetti,
Per un appassionato di elettronica avere il laboratorio , anche piccolo, è fondamentale.
Ma esistono già delle schede per realizzare computer quantistici ? Come si realizzano ?
Parlare di costruire un computer in un garage, fa tornare in mente la coppia Steve Wozniak e Steve Jobs, i due ragazzi che nel 1976 avrebbero costruito i primi cinquanta Apple I con una cassetta di frutta come scocca, nel garage da villetta medio borghese al 2066 Crist Drive a Los Altos dove abitavano i genitori di Jobs.
Adesso a distanza di 44 parlare di computer quantistici fa un certo effetto. Ma questo è certamente il futuro, ormai la sete di potenza di calcolo è diventata pressante.
Per cui ben vengano idee per la diffusione anche tra noi poveri mortali di queste nuove tecnologie, speriamo solo che l’interfaccia rimanga user friendly!
Ciao a tutti,
premetto che non sono un esperto di elettronica, ma é un campo che mi incuriosisce e proprio per questo seguo questo portale. Apprezzo molto anche i vostri articoli che si aprono a nuove direzioni proprio come questo.
Sono un ricercato e mi occupo di fisica quantistica. Ovviamente in questo periodo sono tutti molto eccitati riguardo il computer quantistico (e/o le tecnologie quantistiche) ed é facile che chiunque si improvvisi un esperto.
Ho letto l’articolo ed ho dato uno sguardo veloce al sito con le istruzioni, ma l’ho fatto per puro senso del dovere di guardare le fonti citate.
Premesso ció, quel sito non é diverso, a mio modesto parere, dai siti che promettono di generare energia dal moto perpetuo (e purtroppo ce ne sono tantissimi).
I trapped ions sono una delle possibili piattaforme per costruire un computer quantistico, ma al momento non quella standard che invece fa uso di superconducting qubits (quelli di Google e IBMQ per intenderci). Ce ne sono poi molte altre, ognuna con i suoi pregi e i suoi difetti. Nessuna, e ripeto nessuna di queste potrebbe essere costruita in un garage, non per motivi di spazio ovviamente. Intanto per i costi. Solo con il tavolo ottico, le camere da vuoto, le pompe, i laser e l’ottica necessaria a intrappolare gli ioni servono svarate centinaia di migliaia di euro. E anche avendo a disposizione tutto ció, il know how da avere é semplicemente pazzesco. E stiamo parlando solo dell’Hardware.
Ad oggi non esiste quasi per niente la parte “software”, a dire il vero mancano ancora molti algoritmi proprio perché l’architettura non é standardizzata. Siamo a livello dell’assembly.
Poi c’é tra gli altri, il mostruoso problema della scalabilitá, al momento siamo (Google e IBM sono) intorno ai 50 qubits. Ma sono 50 qubits fisici, non logici. Questo significa che devono essere praticamente perfetti per non avere errori che renderebbero i calcoli inutili. Una via é chiaramente quella di passare a qubit logici in qui un singolo qubit é fatto da piú qubit non proprio perfetti, ma cosí facendo si possono controllare meglio eventuali errori tramite error corrections algorithms. Che credo sia quello che giá avviene nei computer standard. Ma aumentare il numero di qubits porta a un problema di spazio e connessioni, al momento si lavora molto su come connettere questi chip all’esterno per poterli programmare, ma allo stesso tempo bisogna tenerli isolati per evitare che radiazioni di qualunque tipo possano rovinare la natura quantistica (indurre decoerenza come si dice tra gli addetti al lavoro).
Insomma, ci sono stati enormi progressi, ma la strada é ancora lunghissima e nonostante ció che ci viene raccontato come il sogno americano dei garages, queste rivoluzioni tecnologiche nascono da impegni collettivi e ad oggi in Universitá e centri di ricerca pubblici e privati.
Consideriamo che un computer quantistico con soli 10-15 qbit ha una potenza di calcolo davvero irrisoria e che sono in fase di studio quantum computer con un numero maggiore di qbit e molto più potenti, anche se siamo ancora ben lontani da una vera supremazia quantica. Si tratta quindi di un prototipo sperimentale, oltre che di un progetto hand made.
Tecnologie che oggi sono alla portata di tutti, venti anni fa erano impensabili, consideriamo anche che nessuna tecnologia nasce dal nulla ma è sempre frutto di duro lavoro, investimenti e tanto studio. E’ naturale, direi fisiologico, che dinanzi a una notizia così di impatto, soprattutto scritta nella forma “costruire un computer quantistico nel garage” le reazioni siano contrastanti: da una parte i nostalgici del making in stile Steve Jobs (un esempio per tutti che ha dimostrato come, partendo da un garage si possa realmente creare quello che è diventato il più grande colosso dell’IT), dall’altra i più scettici. Penso sia utile superare entrambe queste correnti di pensiero, concentrandosi sulle reali possibilità di sviluppo di una tecnologia. Leggere un articolo deve sempre generare un senso critico nel lettore. Parlo ovviamente dal punto di vista di chi questo articolo lo ha prodotto, basandomi sulle fonti citate, specializzate in making e do it yourself, il fatto che ci siano persone come Yann Allain (certo, non un fisico ma un esperto in sicurezza informatica) a dare un contributo alla diffusione e allo sviluppo di tecnologie emergenti, non può che essere qualcosa di positivo, credo molto nel potere della condivisione della cultura scientifica e nell’importanza di proporre i propri progetti “makers”. Siamo la più grande community di elettronica embedded e microcontrollori, questo dato ci spinge a fare sempre meglio ed è anche in virtù di ciò che diamo risalto a progetti di e per makers e hobbisti.
Non riesco ad immaginare come un qubit possa essere 0 e 1 nello stesso tempo. E non riesco ad immaginare come possa essere un programma scritto per un computer quantistico. Ne so veramente molto poco. Servirebbero articoli che entrassero più in dettaglio rispetto a questo.
Ciò che rende i computer quantistici attraenti è la possibilità di poter assumere contemporaneamente più di due stati, questo è il motivo per cui possono elaborare più informazioni contemporaneamente e avere maggiore capacità computazionale, gli stati quantistici sono quindi sovrapposti.
L’articolo qui proposto non è stato scritto specificatamente per approfondire il funzionamento dei computer quantistici ( 🙂 se dai un’occhiata sul blog ci sono articoli molto più approfonditi e articolati sul tema ) ma è stato concepito per dare spazio a un progetto che rientra nel “making”. L’articolo è infatti inserito nella categoria “makers e progetti fai da te”, proprio per accentuare la caratteristica di articolo per makers. La nostra community è molto variegata, per cui gli articoli spaziano in diversi ambiti e categorie, come avrai avuto modo di vedere ci sono anche articoli di scienza e tecnologia così come elettronica embedded, microcontrollori, circuiti stampati, blockchain, intelligenza artificiale e molto molto altro.
Grazie per la risposta.
Di nulla 🙂
In realtà, dire che un qubit è 0 o 1 nello stesso tempo è solo un modo per cercare di giustificare a parole ciò che viene fuori facendo i calcoli. Un qubit è un oggetto che la metà delle volte che lo guardi vale 0, e l’altra metà 1. Ti faccio un esempio. Immagina che un bit “normale” sia una moneta: può essere o testa o croce. Un qubit è una moneta posata sul bordo: puoi dire tanto che è testa e croce nello stesso tempo, tanto che non è nè l’uno nè l’altro, tanto “non lo so”. E la moneta poggiata sul bordo è un sistema così delicato che appena lo guardi cade su un lato. Su quale dei due? Metà delle volte su testa e metà su croce. Il qubit si comporta così. Il vantaggio è che, se elabori un qubit, e se lo fai senza nemmeno guardarlo, è come se facessi i calcoli contemporaneamente sui due stati, quindi due elaborazioni in un colpo solo. Lo svantaggio è che alla fine il qubit andrà guardato, perchè a te serve o 0 o 1, non un “non lo so”, e non è detto che quando lo vai a guardare il qubit diventi ciò che vuoi. Ad esempio, potresti aver fatto l’elaborazione in modo tale che dopo il qubit il 99% delle volte sia 1, ma c’è sempre quell’1% di probabilità che venga 0.
Questo ci porta alla tua seconda domanda: come si programma un computer quantistico? Allo stato attuale delle cose, NON lo si programma. Immagina di scrivere un programma che il 99 % delle volte ti dà il risultato corretto, ma qualche volta sbaglia! Ciò che viene spacciato come “computer”, in realtà è un “acceleratore”; è un chip dedicato che esegue una sola particolare elaborazione, e che passa i risultati ad un computer “normale” che poi dovrà decidere se quei risultati sono sensati o no, presentarli all’utente, ecc.
Ciò che ha scritto Cristiano nel commento è molto importante e apre un discorso molto ampio. La sfida attuale è sicuramente raggiungere la supremazia quantica ma l’obiettivo principale resta quello della verifica dello stato, che in un computer quantistico è statistica e non assoluta. La difficoltà principale è proprio riportare la statistica alla certezza.
Questo articolo mi ha fatto ricordare il periodo in cui è uscito Arduino. Da una parte gli Ing.elettronici che criticavano il successo della scheda additandola come una giocattolo dall’altra i makers entusiasti che ne diffondevano progetti e librerie. Dopo alcuni anni la superbia di alcuni professionisti è caduta e quelli di più larghe vedute hanno iniziato a capire che non è lo schema elettrico di Arduino che dovevano guardare (il dito) ma il movimento che questo ha creato (la luna) portando vantaggi a tutti.
Grazie ad Arduino e ai suoi derivati come Arduino M0 con ARM e debug professionale tramite JTAG (quindi non roba da makers ma da professionisti) tutti hanno potuto trarre vantaggio da una marea di librerie gratuite e di progetti svolti. Amatoriali certo, ma nemmeno tanto, perché ad esempio molte librerie sono state scritte da programmatori che grazie ad Arduino si sono potuti avvicinare all’elettronica.
Inoltre le case costruttrici di microcontrollori hanno iniziato a divulgare anche loro vari cloni di Arduino e vari sistemi di starter kit a basso costo.
Pensate a livello di prototipazione quanto questo ha inciso in termini di time to market.
Poi il progetto finale è un’altra storia ma sicuramente in fase di valutazione iniziale è diventato possibile realizzare un prototipo in tempi brevissimi.
Molti ingegneri lo hanno capito, altri no.
Vi metto un paio di link per approfondire la cosa:
https://it.emcelettronica.com/arduino-ai-raggi-x-cosa-fare-renderlo-professionale-prima-parte
https://it.emcelettronica.com/arduino-m0-pro-getting-started
Ma ora torniamo a questo articolo.
Alcuni fisici, dopo aver letto che è possibile costruire un computer quantistico nel garage, sono saltati sulla sedia.
Leggendo vari commenti sui social network è stato subito evidente che non avrebbero potuto accettare una cosa del genere. Non so’ come si dice dalle vostre parti ma “gli si è annebbiato il cervello” oppure “gli è saltata la mosca al naso” sono tutte espressioni che ritraggono bene la cosa.
Infatti nei commenti è apparso subito evidente che non ragionavano più continuando a seguire la loro “teoria” che rende impossibile una cosa del genere.
Però di fatto questo tizio (Yann Allain) è arrivato a 10-15 qbit che per essere un fai-da-te è un ottimo risultato a mio avviso.
MA a parte questo, presentare il tutto al Leipzig Trade Fair, alla conferenza CCC davanti a migliaia di persone è comunque un evento straordinario a livello maker/hacker.
A perte i soliti 4 leoni da tastiera che non riescono a guardare più in la del loro naso, e non credo sappiano cosa sia la CCC o il DEFCON, l’interesse internazionale scaturito per il progetto è stato molto elevato.
Makers e Ingegneri SONO molto più vicini dopo Arduino.
Hacker e Fisici SONO molto più vicini dopo l’intervento di Yann Allain
Anche se nessuno lo ammetterà mai 🙂
Salve, arrivo qui grazie a questo articolo che è comparso sulla mia bacheca di facebook. Da bambino, vedevo un amico di famiglia studiare come ingegnere elettronico, decisi che avrei fatto altrettanto ma le cose sono andate diversamente, molto, non ho neanche potuto sviluppare una cultura a livello amatoriale per quel che riguarda questa materia, però una decina di anni orsono ebbi un’idea per quello che ritengo possa considerarsi una CPU analogica, infatti su ogni suo pin presenterebbe una tensione che andrebbe dallo zero al valore massimo consentito, passando per tutte le differenti tensioni possibili.
Una volta realizzato un modello in grafica 3d lo condivisi su facebook ma un contatto mi consigliò di rimuovere il post per non farmi rubare l’idea, mi mise in contatto con una persona che trovando la cosa interessante disse che si sarebbe rivolta alle università per un finanziamento, necessario per produrre un prototipo e relativi studi; non me ho saputo più nulla.
L’idea però continua a girarmi per la mente e leggendo questo articolo, e di conseguenza conoscendo questo blog mi domando se magari sia il posto adatto per parlarne e magari sviluppare concretamente la mia idea assieme a voi, che ne dite? Posso aprire un post al riguardo e se si in quale sezione?
Grazie in ogni caso.
Salve è molto interessante ha avuto altri contatti, sarei eventualmente interessato a condividere la cosa con lei , mi faccia sapere, [email protected]