Intelligenza artificiale in un computer quantistico

Un team di scienziati cinesi è riuscito a realizzare il primo esempio di intelligenza artificiale quantistica: si tratta di una macchina in grado di riconoscere e distinguere caratteri numerici scritti a mano proprio come farebbe un essere umano.

Un atomo come CPU. Se state pensando che i computer capaci di riconoscere la scrittura manuale non sono certo una novità, avete ragione. Quello realizzato da Zhaokai Li e dai suoi colleghi della University of Science and Technology of China non è però un computer normale, bensì un computer quantistico, una macchina cioè che effettua i calcoli utilizzando gli stati quantistici della materia al posto dei convenzionali processori. Ma come funziona?

I computer quantisitici sfruttano un fenomeno fisico noto come “sovrapposizione”, in base al quale un oggetto quantisitico può esistere contemporaneamente in due stati. Se questi stati sono rispettivamente 0 e 1 si ha un bit quantisitico, o qubit.

In questo caso un singolo oggetto quantistico, per esempio il nucleo di un atomo, può effettuare contemporaneamente due calcoli su due diversi numeri. Due nuclei possono lavorare su 4 numeri, 3 nuclei su 8 numeri e così via. 20 nuclei sarebbero quindi sufficienti per effettuare calcoli su qualche milione di numeri. Abbastanza per mandare in soffitta anche il più potente supercomputer costruito fino ad oggi.

Gli scienziati cinesi hanno utilizzato un piccolo quantititativo di un isotopo del carbonio 13 in grado di immagazzinare 4 qubit. Nel test hanno insegnato al computer a distinguere tra loro alcuni caratteri scritti a mano che rappresentavano dei 6 e dei 9. Hanno convertito le immagini in vettori di dati e hanno insegnato al computer ad analizzarle pixel per pixel.

Nei computer convenzionali, al crescere del numero di immagini da classificare, o all’aumentare delle loro dimensioni, il tempo di analisi aumenta in maniera più che proporzionale. Gli elaboratori quantistici invece, riuscendo a lavorare contemporaneamente su una mole enorme di informazioni, riescono a ridurre di diverse decine di ordini di grandezza il tempo necessario a concludere anche le operazioni più complesse.

Processori molecolari. Ma come funziona il computer di Zhaokai? Gli scienziati hanno utilizzato un campo magnetico per allineare gli spin dei nuclei del loro isotopo-processore e, utilizzando delle onde radio, ne hanno modificato la direzione.

Se fatti interagire tra loro mediante specifiche sequenze di onde radio, gli spin dei diversi nuclei possono essere utilizzati come microscopici operatori logici (del tipo 0-1). E dato che gli spin di ogni nucleo possono esistere contemporaneamente in due superposizioni, la molecola funziona come un piccolo processore quantistico.

Il prototipo cinese può maneggiare solo una manciata di qubit: prossimo obiettivo degli scienziati è quello di costruire una macchina più potente ma occorre sviluppare nuove tecnologie.

A che cosa possono servire. Dal punto di vista pratico i computer quantisitici aprono scenari che fino a oggi sono rimasti confinati alla fantascienza: per esempio la modellazione superveloce di problemi complessi in tutti i campi della ricerca scientifica - dall’astrofisica alla medicina-, l’elaborazione in tempo reale dei big data, la messa a punto di nuovi sistema di criptazione dei dati.

Già, perchè se i computer quantistici dovessere essere effettivamente sviluppati e resi disponibili per il mercato, nel giro di pochissimi minuti permetterebbero di violare qualunque sistema di sicurezza informatica oggi disponibile: dalla cifratura dei numeri di carta di credito che transitano sulle reti ai codici militari.