Google ci mostra il suo laboratorio di intelligenza artificiale quantistica e ci svela i suoi principi fondamentali.
Google vuole farti fare un viaggio all'interno del suo laboratorio di intelligenza artificiale quantistica. Congiuntamente, il team del gigante californiano spiega 6 termini e concetti essenziali della moderna informatica quantistica. Puoi immergerti nel video più in basso e leggere i dettagli a seguire.
L'intelligenza artificiale quantistica di Google
Oggi, il team Quantum AI di Google ha presentato Willow, un chip per il computing quantistico all'avanguardia che ha dimostrato la capacità non solo di correggere esponenzialmente gli errori, ma anche di elaborare determinati calcoli più velocemente di quanto i supercomputer potrebbero fare entro le scale temporali conosciute in fisica.
Questa è una pietra miliare significativa nel percorso del team Quantum AI per creare un computer quantistico affidabile che possa espandere la conoscenza umana a beneficio di tutti. Il quantum è un nuovo approccio al computing, in cui si stanno costruendo macchine che utilizzano la meccanica quantistica (il linguaggio fondamentale dell'universo) per superare i limiti del computing classico.
È ora di esplorare il laboratorio Google Quantum AI per saperne di più sul funzionamento del computing quantistico e comprendere sei concetti chiave del quantum.
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Computing quantistico: perché tutto il resto è "computing classico"
Il computing quantistico è uno stile di calcolo completamente nuovo. La maggior parte delle persone ha familiarità con il computing classico: le cifre binarie (o "bit") che possono essere 1 o 0, che alimentano tutto, dalle calcolatrici grafiche ai data center di grandi dimensioni, e sono alla base di quasi tutta l'innovazione digitale dell'ultimo mezzo secolo.
Il computing quantistico è diverso. Invece di utilizzare bit classici, il computing quantistico utilizza bit quantistici, o "qubit".
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Qubit: i mattoni del computing quantistico
I qubit si comportano secondo le leggi della fisica quantistica. Invece di essere confinati all'"aut/aut" binario di 1 e 0, possono esistere come una miscela di entrambi. I qubit possono memorizzare informazioni in sovrapposizione (stati multipli contemporaneamente) di 0 e 1. Possono anche essere "entangled" (intrecciati) tra loro per creare combinazioni ancora più complesse (ad esempio, due qubit possono trovarsi in una miscela di 00, 01, 10 e 11). Quando si intrecciano molti qubit insieme, si apre un vasto numero di stati in cui possono trovarsi, il che offre un'enorme potenza di calcolo. Queste due proprietà speciali forniscono ai computer quantistici il superpotere di risolvere alcuni dei problemi più difficili molto, molto più velocemente di quanto possano fare i normali computer classici.
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Fabbricazione: come il team Quantum AI realizza i chip per i qubit
A differenza dei chip per il computing classico (prodotti da un'industria vasta e consolidata), il quantum è uno stile di computing così nuovo che Google realizza i propri qubit internamente con circuiti integrati superconduttori. Modellando i metalli superconduttori in un modo nuovo, il team forma circuiti con capacità (la capacità di immagazzinare energia nei campi elettrici) e induttanza (la capacità di immagazzinare energia nei campi magnetici), insieme a speciali elementi non lineari chiamati giunzioni Josephson. Scegliendo attentamente i materiali e mettendo a punto i processi di fabbricazione, il team può costruire chip con qubit di alta qualità che possono essere controllati e integrati in dispositivi grandi e complessi.
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Rumore: costruire packaging per proteggere i computer quantistici dai disturbi
I computer quantistici possono essere delle "prime donne". Hanno la capacità di risolvere problemi che sarebbero impossibili sui computer classici, ma sono anche altamente suscettibili agli errori dovuti al "rumore", o disturbi come onde radio, campi elettromagnetici e calore (persino i raggi cosmici!). Quindi, proprio come si costruisce uno studio di registrazione per gli artisti, per proteggere l'integrità dei processi di computing quantistico, il team Quantum AI costruisce un packaging speciale per ridurre il rumore. Il team posiziona i qubit in questo packaging speciale per collegarli al mondo esterno, proteggendoli il più possibile dai disturbi esterni. Raggiungere questo obiettivo richiede un lavoro di ingegneria meccanica ed elettromagnetica ampio e molto complesso, oltre a un'attenzione ai dettagli come la scelta dei materiali giusti o la decisione delle posizioni specifiche in cui praticare i fori per i circuiti.
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Cablaggio: creare i percorsi per controllare un computer quantistico
Controllare un computer quantistico richiede l'invio di segnali attraverso ambienti con variazioni estreme di temperatura. Il team controlla i qubit con segnali a microonde, che vengono inviati attraverso cavi speciali dalla temperatura ambiente fino a temperature estremamente basse. Questi cavi sono scelti per garantire che il team possa inviare i segnali nel modo più efficiente e accurato possibile. L'aggiunta di elementi come filtri nel mezzo di questi cavi protegge ulteriormente i qubit dall'essere influenzati dal rumore esterno.
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Frigorifero a diluizione: uno dei luoghi più freddi dell'universo
Il funzionamento dei qubit superconduttori richiede di mantenerli a temperature estremamente basse, più fredde dello spazio esterno. È necessaria un'attrezzatura speciale chiamata frigorifero a diluizione per raggiungere queste condizioni ultra-fredde e buie. Mantenendo i qubit all'interno del frigorifero a diluizione, i metalli superconduttori possono entrare nel loro stato di resistenza zero (uno stato gelido in cui l'elettricità può fluire senza perdita di energia) e il team può ridurre elementi indesiderati come il rumore termico. In questo modo, i qubit superconduttori possono mantenere le loro proprietà quantistiche ed eseguire calcoli complessi per il computing quantistico.
Willow è l'ultimo passo nel lavoro del team Quantum AI di Google per sbloccare il pieno potenziale del computing quantistico. Questo lavoro di laboratorio è parte della roadmap del team per portare il quantum fuori dal laboratorio e verso applicazioni utili.
Il post di Google con link ad ulteriori approfondimenti per questo viaggio all'interno del suo laboratorio di intelligenza artificiale quantistica lo trovi qui.
