Potrebbero passare ancora decenni prima che i computer quantistici siano pronti a risolvere problemi che i computer classici di oggi non sono abbastanza veloci o efficienti da risolvere, ma l'emergente "computer probabilistico" potrebbe colmare il divario tra l'informatica classica e quella quantistica.

Gli ingegneri della Purdue University e della Tohoku University in Giappone hanno costruito il primo hardware per dimostrare come le unità fondamentali di quello che sarebbe un computer probabilistico, chiamate p-bit, sono in grado di eseguire un calcolo che i computer quantistici sarebbero normalmente chiamati a eseguire.

Lo studio, pubblicato in Natura mercoledì (18 settembre), introduce un dispositivo che funge da base per la costruzione di computer probabilistici per risolvere in modo più efficiente problemi in aree come la ricerca sui farmaci, crittografia e sicurezza informatica, servizi finanziari, analisi dei dati e logistica della supply chain.

I computer di oggi memorizzano e utilizzano informazioni sotto forma di zero e uno chiamati bit. I computer quantistici usano qubit che possono essere sia zero che uno allo stesso tempo. Nel 2017, un gruppo di ricerca della Purdue guidato da Supriyo Datta, il professore distinto di ingegneria elettrica e informatica dell'università Thomas Duncan, ha proposto l'idea di un computer probabilistico che utilizza p-bit che possono essere zero o uno in un dato momento e fluttuare rapidamente tra i due.

"Esiste un utile sottoinsieme di problemi risolvibili con i qubit che possono essere risolti anche con i p-bit. Si potrebbe dire che un p-bit è un "qubit dei poveri", '", ha detto Datta.

Considerando che i qubit hanno bisogno di temperature molto basse per funzionare, i p-bit funzionano a temperatura ambiente come l'elettronica di oggi, in modo che l'hardware esistente possa essere adattato per costruire un computer probabilistico, dicono i ricercatori.

Il team ha costruito un dispositivo che è una versione modificata della memoria ad accesso casuale magnetoresistivo, o MRAM, che alcuni tipi di computer utilizzano oggi per memorizzare le informazioni. La tecnologia utilizza l'orientamento dei magneti per creare stati di resistenza corrispondenti a zero o uno.

I ricercatori della Tohoku University William Borders, Shusuke Fukami e Hideo Ohno hanno alterato un dispositivo MRAM, rendendolo intenzionalmente instabile per facilitare meglio la capacità dei p-bit di fluttuare. I ricercatori della Purdue hanno combinato questo dispositivo con un transistor per costruire un'unità a tre terminali le cui fluttuazioni potevano essere controllate. Otto di queste unità p-bit sono state interconnesse per costruire un computer probabilistico.

Il circuito ha risolto con successo quello che è spesso considerato un problema "quantistico":Breaking down, o factoring, numeri come 35, 161 e 945 in numeri più piccoli, un calcolo noto come fattorizzazione di interi. Questi calcoli rientrano ampiamente nelle capacità dei computer classici di oggi, ma i ricercatori ritengono che l'approccio probabilistico dimostrato in questo articolo occuperebbe molto meno spazio ed energia.

"Su un chip, questo circuito occuperebbe la stessa area di un transistor, ma eseguire una funzione che avrebbe richiesto migliaia di transistor per essere eseguita. Funziona anche in un modo che potrebbe accelerare il calcolo attraverso l'operazione parallela di un gran numero di p-bit, "ha detto Ahmed Zeeshan Pervaiz, un dottorato di ricerca studente in ingegneria elettrica e informatica alla Purdue.

realisticamente, sarebbero necessarie centinaia di p-bit per risolvere problemi più grandi, ma non è troppo lontano, dicono i ricercatori.

"Nel futuro prossimo, i p-bit potrebbero aiutare meglio una macchina a imparare come fa un essere umano o ottimizzare un percorso per far viaggiare le merci verso il mercato, " ha detto Kerem Camsari, un associato postdottorato alla Purdue in ingegneria elettrica e informatica.