Un team di ricercatori, provenienti dall'Università di Firenze, dall'Università Roma Tre e dalla Queen’s University di Belfast, ha determinato il costo energetico di un calcolo quantistico. Un problema cruciale per le basi delle imminenti tecnologie quantistiche
Proposto un nuovo approccio per caratterizzare la performance dei computer quantistici
(Rinnovabili.it) – Nonostante i progressi compiuti verso l’implementazione di prototipi di computer quantistici in grado di elaborare una quantità crescente di informazioni in modo affidabile e riproducibile, è ancora poco il lavoro dedicato alla caratterizzazione dell’impronta energetica di tali tecnologie. Tuttavia – scrive oggi un gruppo di ricercatori – si tratta di un punto cruciale da affrontare. Non è possibile infatti concretizzare la diffusione dei computer quantistici, senza risolvere il problema del loro dispendio energetico. “Solo assicurando che il consumo di energia associato alle prestazioni dell’elaborazione dell’informazione quantistica scali favorevolmente con le dimensioni del processore”, queste tecnologie rappresenteranno “un’alternativa credibile ai dispositivi basati sul CMOS”.
Il gruppo di ricercatori coordinati da Filippo Caruso, dell’Università di Firenze, e da Marco Barbieri, dell’Università Roma Tre, ha compiuto un importante paso avanti in tal senso. Come? Approfondendo la conoscenza dei meccanismi termodinamici che accompagnano il calcolo quantistico e aprendo così la strada alla determinazione del costo energetico che sta dietro allo svolgimento di una singola operazione. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista npj Quantum Information (testo in inglese) edita da Nature.
Il team di fisici fiorentini – in collaborazione con i ricercatori della Queen’s University di Belfast coordinati da Mauro Paternostro – ha messo a punto uno schema teorico basato sulla verifica del cosiddetto “principio di Landauer”; si tratta di uno dei principi fondamentali della computazione, che stabilisce il minimo ammontare di entropia – cioè di disordine – e di energia disperse per svolgere una determinata operazione logica.
“Il livello minimo di consumo di energia descritto nel 1961 dal fisico americano è milioni di volte più basso del dispendio dei computer moderni. E’ cruciale avvicinarsi a tale limite ma, per fare ciò, occorre arrivare a bassissime temperature e a dimensioni nanoscopiche – racconta Caruso, associato di Fisica della Materia Unifi –, dove entrano in gioco le regole della fisica quantistica, verificando così sperimentalmente, nel mondo microscopico, il principio di Landauer”.
Sviluppato lo schema teorico, il gruppo sperimentale dell’Università Roma Tre ha messo a punto un test che è stato applicato a operazioni quantistiche a due fotoni (particelle di luce). “Manipolando due fotoni che processavano un’informazione – spiega Barbieri, ordinario di Fisica della Materia di Roma Tre – abbiamo esaminato il consumo di tale operazione in termini di energia ed entropia, proponendo così un nuovo approccio per caratterizzare la performance dei computer quantistici. Il nostro – commenta il ricercatore-, è l’inizio di una promettente linea di ricerca e proseguiremo applicando il nuovo metodo su sistemi sempre più grandi fino ad arrivare alla taglia di computer quantistici con centinaia e poi migliaia di porte logiche”.
