Il Gruppo Volkswagen sta facendo ulteriori passi avanti con il proprio lavoro sui computer quantistici. Per la prima volta, gli esperti Volkswagen sono riusciti a sviluppare un programma di gestione del traffico che sostituisce le previsioni in città con calcoli molto più precisi. Ne risulta che le società di trasporto pubblico, di taxi e i fornitori di servizi di trasporto saranno in grado di utilizzare le proprie flotte in maniera considerevolmente più efficiente e, allo stesso tempo, di minimizzare i tempi di attesa per i passeggeri. Il Gruppo Volkswagen e l’azienda di informatica quantistica D-Wave presenteranno il progetto al WebSummit, conferenza di tecnologia di Lisbona.

I computer quantistici sono in grado di risolvere compiti molto complessi – come l’ottimizzazione del traffico – molto più velocemente dei supercomputer tradizionali. Il Gruppo Volkswagen vede un potenziale considerevole nell’utilizzo di questa tecnologia informatica all’avanguardia per costruire nuove applicazioni e modelli di business all’interno dell’Azienda.

“Il Gruppo Volkswagen sta procedendo con la ricerca sui computer quantistici orientata all’utilizzo pratico e sta acquisendo competenze specialistiche essenziali” afferma Florian Neukart, Ricercatore Responsabile del CODE Lab Volkswagen di San Francisco. “Vogliamo ottenere una profonda conoscenza delle applicazioni di questa tecnologia, che potrebbe essere vantaggiosa per l’Azienda, a partire dall’ottimizzazione del traffico. Le società di trasporto pubblico e di taxi nelle grandi città sono altamente interessate a gestire la propria flotta in modo efficiente. Il nostro sistema di gestione ottimizzato grazie all’informatica quantistica potrebbe aiutare a concretizzare tutto questo”.

“La nuova era dell’informatica quantistica è la sua applicazione, e D-Wave ha lavorato per rendere possibile l’utilizzo di questa tecnologia fin dal primo giorno”, afferma Bo Ewald, Presidente di D-Wave. “Il lavoro innovativo che Volkswagen fa utilizzando i computer quantistici D-Wave per l’ottimizzazione del traffico è un esempio reale di come l’informatica quantistica può essere applicata sia sulla gestione del business sia sulla vita quotidiana”.

Gli algoritmi quantistici permettono calcoli precisi

Per sviluppare i nuovi sistemi di gestione del traffico, gli esperti Volkswagen prima analizzano con computer convenzionali dati di movimento resi anonimi (da smartphone o da trasmettitori nei veicoli) allo scopo di calcolare l’accumulo del traffico e il numero di persone coinvolte. Il secondo step
– l’ottimizzazione – è completato con un algoritmo quantistico. Per esempio, è possibile assegnare un numero preciso di veicoli a diversi “punti di richiesta” su base predittiva, per garantire trasporto a tutti i passeggeri in attesa.

Ciò potrebbe eliminare costose inefficienze di mezzi di trasporto, ad esempio di taxi e autobus, percorrenti distanze considerevoli a vuoto, lunghi tempi di attesa per i passeggeri o una scarsità di veicoli in aree ad alta domanda. Gli operatori del trasporto pubblico potrebbero aggiungere ulteriori corse agli orari fissi per allinearsi meglio alla domanda. Per Volkswagen, questo sistema di gestione del traffico ottimizzata grazie all’informatica quantistica potrebbe essere offerto come un nuovo servizio commerciale. Gli esperti del Gruppo vedono anche possibilità di applicazione per il loro algoritmo nelle infrastrutture del traffico e nella connessione fra veicoli, in modo particolare in relazione a quelli autonomi.

Gli esperti del Gruppo Volkswagen prima vogliono testare l’algoritmo a Barcellona dove esiste un database adeguato. Stanno cooperando con il provider di servizi per le telecomunicazioni Orange e la Terlaytics specializzata in data science. Come principio generale, l’algoritmo potrebbe essere adattato alle dimensioni di ogni città.

Il Gruppo Volkswagen e l’informatica quantistica

Esperti IT altamente specializzati del Gruppo Volkswagen, inclusi data scientists, linguisti computazionali e ingegneri del software, lavorano insieme negli IT Lab di San Francisco e Monaco per sviluppare il potenziale dei computer quantistici per applicazioni che andranno a vantaggio dell’Azienda. Il focus principale è la programmazione di algoritmi su computer quantistici, che sottostanno a leggi differenti rispetto ai computer tradizionali. Nel campo dell’informatica quantistica il Gruppo Volkswagen sta collaborando con i partner tecnologici D-Wave e Google, che danno accesso ai loro sistemi agli esperti Volkswagen.

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Dal satellite Micius (o Mozi) di proprietà della Cina è partito il primo messaggio quantico non intercettabile e a prova di hacker. La comunicazione ha viaggiato per circa 1.200 km senza possibilità di subire alcuna forma di monitoraggio, spionaggio o prelevamento delle informazioni, proprio grazie all’utilizzo della tecnologia quantica, già una realtà per un paio di big hi-tech (come Google) che la utilizzano per lo sviluppo dei computer, e relativi software, di nuova generazione. Che il segnale quantistico possa rappresentare il futuro per uno scambio di dati più sicuro è chiaro, risulta meno evidente quando e in che modo l’innovazione potrà essere sfruttata su larga scala, magari per migliorare le chat di WhatsApp o quelle (più probabile) tra capi di governo e autorità.

Protezione dei dati

L’esperimento è stato pubblicato su Science e dimostra quanto sia possibile fare con la tecnologia quantica, che rende concreto il passaggio di dati per migliaia di chilometri tramite coppie di fotoni poste all’inizio e alla fine del tragitto. In gergo tecnico, quello sfruttato dagli scienziati cinesi si definisce entanglement quantistico, ed è un fenomeno che implica la presenza di correlazioni di fotoni a distanza, ovvero posti in luoghi differenti ma uniti da un simile stato osservabile. La modifica dell’uno comporta istantaneamente un cambiamento nell’altro, quasi come se fossero collegati da un unico filo, un aggrovigliamento (è la traduzione di entanglement) lungo anche 1.200 km. Il problema è che realizzare un’autostrada del genere non è semplice visto che servono condizioni ottimizzate e difficilmente replicabili nella realtà. Il rischio di una instabilità del sistema è concreto ed è proprio su questo che i tecnici dovranno lavorare se l’obiettivo è quello di rendere il test fotonico-quantistico uno standard della comunicazione del prossimo futuro.

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Il Gruppo Volkswagen è la prima Casa automobilistica al mondo a testare in modo intensivo l’utilizzo di computer quantici collaborando con D-Wave Systems, azienda leader nel settore. La cooperazione è stata annunciata al CeBIT 2017. In un primo progetto di ricerca, gli esperti IT del Gruppo hanno già sviluppato con successo e testato un algoritmo per l’ottimizzazione del flusso del traffico su un computer quantico D-Wave.

Martin Hofmann, Chief Information Officer del Gruppo Volkswagen, ha affermato: “L’informatica quantistica è la prossima generazione dei supercomputer e può portarci a fare enormi progressi in tutte le aree chiave dell’IT e della digitalizzazione. In cooperazione strategica con D-Wave, stiamo imparando a fare un uso efficace delle potenzialità di calcolo di un computer quantico. Stiamo facendo un ulteriore grande passo avanti verso il futuro digitale del Gruppo Volkswagen”.

Robert “Bo” Ewald, Presidente di D-Wave International, ha detto: “In un breve periodo di tempo gli esperti del Gruppo Volkswagen sono stati in grado di creare un algoritmo sul nostro computer quantico e risolvere un difficile problema di ottimizzazione. Sarà interessante vedere gli sviluppi futuri nella scienza dei dati a favore dei sempre più complessi problemi della vita quotidiana”.

Nel primo progetto di ricerca, con un computer quantico, data scientist ed esperti di big data del Gruppo hanno mostrato con successo che sono in grado di ottimizzare il flusso del traffico in grandi metropoli, elaborando dati provenienti da 10.000 taxi di Pechino. Ulteriori progetti seguiranno nel corso della collaborazione con D-Wave. Inizialmente, il focus principale sarà sull’ulteriore sviluppo di competenze specialistiche e su applicazioni imprenditorialmente significative.

Florian Neukart, Principal Data Scientist al Volkswagen Group IT Code Lab a San Francisco, ha affermato: “Il nostro primo progetto di ottimizzazione del flusso del traffico a Pechino mostra con successo come un algoritmo in un computer quantico può guidare i veicoli in una metropoli in maniera così intelligente da evitare la congestione. I risultati ci danno fiducia per ulteriori applicazioni sul computer quantico. Mettiamo una grande enfasi sull’approccio open source. Il nostro lavoro deve essere trasparente e permettere verifiche da parte di terzi”.

Il Gruppo Volkswagen è la prima casa automobilistica a lavorare in modo intensivo con la tecnologia dell’informatica quantistica. L’IT del Gruppo prevede un’ampia gamma di possibilità di applicazione specialmente nelle aree della guida autonoma, del robotic enterprise (controllo del processo supportato dall’intelligenza artificiale), della fabbrica intelligente, del machine learning e delle soluzioni di mobilità intelligenti.

I computer quantici possono risolvere problemi estremamente complessi molto più velocemente dei convenzionali supercomputer. Il principio di computazione di un computer quantico è particolarmente adatto a questo progetto perché risolve problemi di ottimizzazione nativamente. In parole semplici, un problema di ottimizzazione tiene in considerazione come una risorsa specifica (come tempo, soldi o energia) può essere usata nel miglior modo possibile in un dato contesto. La complessità del compito e perciò la capacità di computazione richiesta crescono esponenzialmente con il numero di fattori da tenere in considerazione, portando i tradizionali computer digitali al limite.

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Il quantum computing sarà una vera e propria rivoluzione. Quando arriveranno, le macchine intelligenti dotate di calcolo quantistico potranno risolvere un gran numero di problemi in tempi decisamente brevi. Le problematiche intorno alla costruzione di un dispositivo del genere però non mancano. Da qualche anno Google lavora, assieme alla NASA, alla comprensione di quali vantaggi il computer quantico può davvero portare all’umanità. Lo fanno analizzando le possibilità di D-Wave, un prodotto commercializzato dalla D-Wave Systems, di cui un’unità è proprio nelle mani di Big G e dei tecnici della National Aeronautics and Space Administration.

La scoperta

Lo sviluppo di un computer quantico potrebbe assumere una decisa accelerata grazie ad una ricerca del MIT. Un team dell’istituto è infatti riuscito a ridurre la complessità circa il funzionamento della quantica nell’hardware, portando tutto al lavoro di soli cinque atomi. Quattro di questi vengono trasformati in porte logiche, utilizzando un laser che riesce a farli sovrapporre senza che vengano distrutti, come accadeva in passato; in questo modo le particelle possono esistere in due differenti stati. Il quinto atomo è quello che fa da vettore e che, fisicamente, trasporta le risposte ottenute dagli altri. Il risultato dimostra non solo che è possibile semplificare il processo con cui si ottengono le informazioni grazie alla quantistica ma anche che basta aggiungere atomi al sistema per implementare la potenza di calcolo. Come è chiaro, anche il concetto di scalabilità assume un significato diverso in questo campo. Nel prossimo futuro, quando ci sarà bisogno di ottenere soluzioni a problemi complessi (come quelli inerenti l’universo) potrebbe bastare sfruttare l’azione di soli cinque atomi. Parti piccolissime della materia che nascondono le risposte ai quesiti più grandi dell’umanità.

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Il computer quantico è il futuro prossimo dell’informatica. Oltre a Google, a lavorare decisamente nel campo della concretizzazione della tecnologia c’è anche Microsoft che ha annunciato da poco una partnership con Rambus, azienda americana specializzata nella costruzione di memoria Ram, in particolar modo RDRAM. Come ha dichiarato Gary Bronner, vicepresidente dei Rambus Labs, i prossimi computer basati sulla fisica quantistica avranno bisogno di architetture che vadano ben oltre gli attuali limiti, specialmente quando si tratta di gestire grosse quantità di big data.

Una memoria per due

Bronner ha scritto: “Lavorando con Microsoft potremo sfruttare le nostre vaste conoscenze in ambito di memoria per identificare nuovi modelli infrastrutturali”. Entrambe le aziende esploreranno sistemi potenziali in grado di sfruttare il computer quantico, portando notevoli vantaggi per la produttività quotidiana. In realtà Microsoft non è nuova nello studio di soluzioni per la prossima generazione del quantum computing. Meno di un anno fa la compagnia di Redmond aveva costruito una serie di hardware per supportare le soluzioni di altri soggetti attivi nel campo ma con una forza di business minore. Sul versante opposto, Google e la NASA continuano a lavorare sul D-Wave 2X, un processore composto d 1.000 qubit capace di svolgere operazioni con una potenza mai vista sinora. Per farlo deve trovarsi in luoghi decisamente freddi, sotto i 15 millikelvin (-273 gradi), i soli dove gli ioni riescono a sopravvivere senza disintegrarsi.

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La tecnologia del silicio sembrava agli antipodi dell’informatica quantistica, o quasi. Le attuali strutture di cui sono fatti i computer moderni non sembravano infatti in grado di veicolare i tanto discussi qbit, ovvero i bit quantistici, molto più performanti dei bit classici, capaci di assumere solo i valori 0 e 1. Eppure un team dell’Università del New South Wales in Australia ha dimostrato che è possibile scrivere e manipolare codice quantico utilizzando due qbit in un microchip di silicio. Grazie alla teoria, i ricercatori hanno creato un esperimento basato sul fenomeno conosciuto come “quantum entanglement” che permette di analizzare una particella esattamente nel momento in cui passa l’informazione a quella successiva, indipendentemente dalla distanza alla quale le due si trovano.

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Cosa succede

L’esperimento ha riguardato due particelle quantiche, un elettrone e il nucleo di un singolo atomo di fosforo, all’interno di un microchip di silicio. La novità, rispetto ai test precedenti è proprio nel silicio: un ambiente in cui in precedenza i singoli fotoni non riuscivano a trasferire i dati in modo funzionale, spesso distruggendoli durante il viaggio. L’idea geniale è stata quella di porre il primo qbit nella posizione “0” e successivamente nella super position (possibile solo nella fisica quantica)  +1, e allo stesso modo è stato fatto per il secondo qbit. In questo modo i due fotoni hanno cominciato a dialogare, senza perdita di qualità. Il tutto all’interno di un contesto al silicio che è, in teoria, replicabile sui computer classici, persino smartphone e tablet che nel prossimo futuro potrebbero fare a meno di centinaia di bit per averne solo due, ma quantici.

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Toshiba, ADVA Optical Networking e BT hanno siglato una partnership con cui sono riusciti a battere il record di trasferimento di dati sicuri su rete in fibra a 200 Gbps su una lunghezza di 100 km. Più che per la velocità e la distanza in sé, la notizia è importante perché non riguarda il passaggio di semplici dati ma di informazioni crittografate attraverso fotoni. Il panorama è dunque quello di una tecnologia quantica in grado di mettere al sicuro, finora in una modalità inviolabile, il contenuto inviato verso la particolare rete in fibra.

Nulla può l’hacker

Come hanno spiegato i ricercatori, se un hacker tenta di disturbare la trasmissione di un fotone, l’intero processo riesce ad identificare la provenienza della violazione così da isolarla e rendendo impossibile una sorta di intercettazione incontrollata e anonima. Toshiba testerà sul lungo periodo la tecnologia su una sua base a Sendai, in Giappone, in merito a programmi su studi dei genomi. L’azienda ha detto: “Abbiamo dimostrato che la distribuzione di chiavi quantiche possono essere veicolate a 100 Gbps, uno standard emergente per la trasmissione in fibra ottica. In questo modo c’è una notevole riduzione dei costi nell’implementazione di reti di sicurezza, vista anche la mancata necessità di dedicare fibre specifiche al segnale quantico”.

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Di computer quantico si parla oramai da anni, diversi anni. Se Google non ha mai nascosto l’intenzione di giocare un ruolo fondamentale nello sviluppo dell’intelligenza quantistica, ci sono altre aziende e agenzie pronte a supportare il lavoro di Mountain View. Tra queste vi è certamente la NASA, che proprio assieme a Google ha fondato nel 2013 il Quantum Artificial Intelligence Lab (QuAIL) in collaborazione con la Universities Space Research Association. Il soggetto sarà impegnato da adesso a tempo indefinito nell’applicazione dell’informatica quantica per problemi e ambiti di ricerca concreti.

Potenza alle stelle

Il lavoro verrà svolto dal D-Wave 2X, un processore, lo dice il nome stesso, in grado di raddoppiare la potenza del D-Wave classico, grazie a più di 1.000 quibt che lo rendono superiore a qualsiasi altro computer mai prodotto. Il segreto sta nel poter lavorare solo a temperature molto basse, vicine allo zero, alle quali le componenti hardware del D-Wave riescono a mantenersi intatte, senza disperdere il loro potenziale. Si tratta di un decisivo passo in avanti verso l’applicazione dei concetti quantistici all’informatica. Il D-Wave attuale, su cui Google lavora da anni, ha una potenza di 512 qubit, un numero talmente elevato da sembrare impossibile da superare; prima dell’arrivo della seconda generazione.

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Non aspettatevi corpi che scompaiono per ritrovarsi alle Maldive o nel mezzo di un concerto senza avere pagato il biglietto. Il teletrasporto di cui parliamo qui è quello che ha permesso a scienziati provenienti da diversi paesi di realizzare un chip che usa la fisica quantica per spostare le informazioni con una velocità e una potenza di calcolo mai visti. Il teletrasporto quantico è il particolare che alle aziende che lavorano sulla nuova gamma di super computer mancava per rendere più concreto il progetto che prevede una graduale riduzione di vecchi sistemi basati sul calcolo binario in favore di quelli quantici. I ricercatori dell’Università di Bristol, Tokio, Southampton e dei laboratori della NTT Device Technology con la loro scoperta hanno aperto la strada allo sviluppo di intelligenze informatiche avanzate in grado anche di rendere le comunicazioni digitali più sicure.

Nuova era del computing

Il professore Jeremy O’Briene, direttore del centro per la quantica fotonica dell’Università di Bristol ha spiegato: “Essere capaci di replicare un circuito ottico per il quale ci sarebbe voluta un’intera stanza all’interno di un solo chip fotonico è un passo storico per noi. In pratica abbiamo ridotto le dimensioni di un sistema quantico complesso di diecimila volte”. Sebbene si pensi che un computer fotonico, che utilizza la luce per far viaggiare i dati, sia utile solo per compiere azioni in maniera più veloce in realtà permette di raggiungere tanti altri obiettivi tra cui lo sviluppo di sistemi di comunicazione più sicuri e il tentativo di superare i limiti della fisica classica per studiare nuovi prodotti hi-tech in grado di portare l’umanità verso un livello di apprendimento informatico superiore. Tutte le informazioni sul chip quantico sono disponibili nella ricerca pubblicata su Nature Photonics “Continuous-variable entanglement on a chip”.

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Scrivi Google ma leggi un sacco di cose, non solo un motore di ricerca o Android. Il gigante hi-tech ha infatti permesso allo studio sul computer quantico di fare un bel balzo in avanti verso una concreata realizzazione grazie alla risoluzione di un problema che ne bloccava in parte lo sviluppo. Secondo Technology Review, i ricercatori di Google assieme a quelli dell’Università della California di Santa Barbara hanno escogitato un metodo per permettere al calcolo quantico di proseguire anche in assenza di un errore all’interno della catena di qubit di cui è composto.

Auto controllo

In particolare il computer quantico fa uso di una vasta gamma di qubit che lavorano assieme sulle informazioni. Il segreto è che questi particolari bit esistono sia in posizione “0” che “1” allo stesso tempo, a differenza di quelli binari che possono svolgere funzioni solo in una forma. Di conseguenza, con la quantistica si possono svolgere operazioni in un tempo minore rispetto a quello del classico calcolo computazionale che potrebbe richiedere anche anni per un singolo problema. L’inconveniente dei qubit è che riescono a lavorare solo a temperature molto basse e sono parecchio suscettibili al cambio di ambiente o ad altri tipi di disturbi, sia fisici che tecnici. Quando succede, lo stato quantico viene distrutto e con esso tutte le informazioni codificate. Gli esperti di Google e quelli di Santa Barbara hanno dunque realizzato un chip fatto di 9 qubit in cui ognuno monitora quello vicino alla ricerca di errori chiamati “bit flips”. Sebbene gli stessi qubit non possano correggere le alterazioni dei colleghi, riescono a preservare le informazioni fin lì elaborate per salvare dalla possibile distruzione dello stato quantico, una sorta di backup di emergenza nel complicato ecosistema di queste piccole porzioni di futuro.

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