Da 600 milioni di anni a meno di tre mesi per una simulazione, in cerca del vantaggio quantistico

Da 600 milioni di anni a meno di tre mesi per una simulazione, in cerca del vantaggio quantistico

Ricercatori di HPE, dell'Università di Bristol e dell'Imperial College di Londra hanno dimostrato come bastino meno di tre mesi con i supercomputer attuali per effettuare una simulazione quantistica della durata stimata di 600 milioni di anni

di pubblicata il , alle 09:01 nel canale Innovazione
HPEComputer Quantistico
 

Una ricerca di HPE, dell'Università di Bristol e dell'Imperial College di Londra ha confutato le affermazioni di un gruppo di ricerca cinese sul tempo necessario per effettuare la simulazione di un sistema quantistico sui supercomputer odierni: secondo il gruppo cinese ci sarebbero voluti 600 milioni di anni, ma secondo HPE e i ricercatori britannici bastano meno di tre mesi. Un risultato che conferma l'utilità dei computer tradizionali anche in un mondo post-quantistico.

I supercomputer restano necessari anche con i computer quantistici

La maggior parte dei produttori di computer quantistici si sta attualmente concentrando sul raggiungimento del cosiddetto "vantaggio quantistico", ovvero la dimostrazione pratica che i computer quantistici sono in grado di svolgere in tempi ragionevoli calcoli che richiederebbero un tempo eccessivo (dai decenni ai milioni di anni) sulle architetture tradizionali. Tale risultato non è però così scontato da ottenere, in particolare perché l'ottimizzazione degli algoritmi e l'uso di approcci differenti può talvolta portare a una riduzione drastica dei tempi di calcolo.

È questo il caso della ricerca condotta da HPE, dall'università di Bristol e dall'Imperial College di Londra. I ricercatori hanno infatti dimostrato come la simulazione del protocollo noto come "Gaussian Boson Sampling" (GBS, in italiano "campionamento gaussiano dei bosoni"), ovvero la misura dello stato quantistico della luce usando rilevatori di singoli fotoni, richieda un tempo molto inferiore alle attese.

Un gruppo di ricercatori dell'Università della Scienza e della Tecnica della Cina (USTC) ha infatti affermato di aver effettuato tale simulazione con un computer quantistico fotonico in appena 200 secondi, stimando che usando il più potente supercomputer al mondo sarebbero serviti 600 milioni di anni per ottenere lo stesso risultato. La ricerca di HPE e degli istituti britannici ha dimostrato invece come usando un approccio differente sia possibile ridurre i tempi significativamente e, effettuando delle simulazioni sul supercomputer Isambard4 e su uno a uso interno di HPE, hanno calcolato che servirebbero "solo" 73 giorni sul supercomputer più potente a oggi disponibile (il giapponese Fugaku) e appena tre settimane su un supercomputer exascale.

I computer tradizionali come supporto allo sviluppo dei computer quantistici

Sebbene le tempistiche espresse dalla ricerca siano ancora ben lontane da quelle promesse dai computer quantistici, che sono nell'ordine dei minuti, la differenza più notevole è quella tra i 600 milioni di anni e le tre settimane (8 ordini di grandezza!). L'aspetto più significativo della vicenda è che è, quindi, possibile usare i supercomputer attuali per confermare i risultati ottenuti con i computer quantistici e aiutare, quindi, lo sviluppo di questi ultimi.

Questa ricerca non può che portare, ancora una volta, a porsi degli interrogativi relativamente a quali siano i reali limiti delle architetture odierne e di quelle quantistiche. Non c'è dubbio che alcune applicazioni traggano enormi benefici dall'uso dei computer quantistici e che questi diventeranno insostituibili in molti ambiti, come la simulazione di molecole complesse.

Dall'altro lato, però, sembra che i margini per ottenere risultati significativi anche con i computer tradizionali siano in alcuni casi più ampi di quanto si pensasse. Un ulteriore esempio di ciò è il famoso proclama da parte di Google di aver raggiunto la supremazia quantistica: fu sconfessato lo scorso novembre da tre ricercatori che dimostrarono, adottando un approccio differente, come fosse possibile ottenere risultati simili senza usare computer quantistici. Questo aspetto è però vero anche per quanto riguarda i computer quantistici: ad esempio, l'entanglement forging di IBM rende possibile approcciare problemi di portata maggiore con "semplici" cambi di metodo.

I computer tradizionali, insomma, sono ben lungi dall'essere "morti" e surclassati, almeno fino a quando non verranno prodotti computer quantistici con la correzione degli errori e migliaia di qubit logici. A quel punto, a meno di vere rivoluzioni copernicane, non ci sarà davvero più competizione in quegli ambiti in cui si teorizza ci sia il vantaggio quantistico.

5 Commenti
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marco_zanardi02 Febbraio 2022, 10:59 #1
Ma gli algoritmi di cifratura che "fine" faranno quando questi primi computer quantistici saranno operativi? Nel senso: la transizione verso nuovi algoritmi porterà a rendere inefficaci le protezioni tramite le attuali cifrature

Se un hacker avesse modo di prendere il controllo di uno di questi computer per decifrare chiavi che attualmente sono "sicure"?
nonsidice02 Febbraio 2022, 11:01 #2
Originariamente inviato da: marco_zanardi
Ma gli algoritmi di cifratura che "fine" faranno quando questi primi computer quantistici saranno operativi? Nel senso: la transizione verso nuovi algoritmi porterà a rendere inefficaci le protezioni tramite le attuali cifrature

Se un hacker avesse modo di prendere il controllo di uno di questi computer per decifrare chiavi che attualmente sono "sicure"?


Ci sono già le prime cifrature "quantic-proof" che cominciano ad essere sviluppate, e a quanto si dice sono a buon punto. Ma non ne conosco i dettagli.
Slater9102 Febbraio 2022, 12:29 #3
Originariamente inviato da: marco_zanardi
Ma gli algoritmi di cifratura che "fine" faranno quando questi primi computer quantistici saranno operativi? Nel senso: la transizione verso nuovi algoritmi porterà a rendere inefficaci le protezioni tramite le attuali cifrature

Se un hacker avesse modo di prendere il controllo di uno di questi computer per decifrare chiavi che attualmente sono "sicure"?


Partiamo dalla premessa che i computer quantistici sono già operativi, ma hanno una scala così ridotta che non sono attualmente in grado di costituire alcuna minaccia. Detto ciò, la risposta è: dipende. I cifrari cosiddetti a chiave simmetrica, ovvero quelli dove devi usare la stessa chiave sia per cifrare che per decifrare, sono praticamente immuni: AES, ad esempio, vede solo un dimezzamento della lunghezza della chiave che non porta ad avere tempi di elaborazione sufficientemente brevi (che io sappia siamo comunque nell'ordine dei miliardi di anni se si passa da AES256 ad AES128, dato che non si hanno attacchi significativamente più rapidi di quelli di forza bruta).
Per quanto riguarda invece i cifrari a chiave pubblica come la famiglia RSA, la situazione è più complessa: tali cifrari usano infatti il calcolo di numeri primi molto grandi sfruttando il fatto che i computer tradizionali non sono molto efficaci nella fattorizzazione; i computer quantistici, invece, lo sono (algoritmo di Shor), quindi i cifrari a chiave pubblica attuali saranno effettivamente facilmente compromettibili da chi abbia accesso a computer quantistici di grandi dimensioni. Sono già disponibili algoritmi resistenti a questi attacchi, però, come ad esempio gli algoritmi basati sulle curve ellittiche. Non abbiamo di che preoccuparci ancora per almeno un decennio, in ogni caso, quindi c'è tutto il tempo perché vengano fatti gli opportuni cambiamenti.

Originariamente inviato da: nonsidice
Ci sono già le prime cifrature "quantic-proof" che cominciano ad essere sviluppate, e a quanto si dice sono a buon punto. Ma non ne conosco i dettagli.


Si dice "quantum proof"
Unrue02 Febbraio 2022, 14:27 #4
Originariamente inviato da: marco_zanardi
Ma gli algoritmi di cifratura che "fine" faranno quando questi primi computer quantistici saranno operativi? Nel senso: la transizione verso nuovi algoritmi porterà a rendere inefficaci le protezioni tramite le attuali cifrature

Se un hacker avesse modo di prendere il controllo di uno di questi computer per decifrare chiavi che attualmente sono "sicure"?


Gli algoritmi di cifratura si basano sostanzialmente sulla fattorizzazione in numeri primi. Quelli attuali sono briciole per i computer quantistici, Ma se si usano numeri primi grandi anche per i computer quantistici dovremmo essere a posto. Questo in teoria, poi in pratica non so.
maxsin7203 Febbraio 2022, 11:15 #5
La ricerca scientifica avrà vantaggi enormi, penso alla ricerca di nuovi farmaci ad esempio.

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