Fermare il tempo usando algoritmi quantistici

Un computer quantistico abbastanza potente da eseguire i bis-bis-bis-bis-pronipoti degli algoritmi sviluppati oggi potrebbe un giorno essere in grado di valutare funzionalmente la fisica a livello di particelle con velocità e precisione sufficienti per effettuare calcoli in cui, nella loro esecuzione, il tempo non è un fattore

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Tutti parlano sempre di viaggiare nel tempo, ma sarebbe bello anche solo fermarlo finché non siamo pronti per andare avanti.

Ma forse i nostri computer possono.

Un paio di studi sugli algoritmi quantistici, da parte di team di ricerca indipendenti, hanno recentemente arricchito il server di preprint di arXiv . Fondamentalmente dicono entrambi la stessa cosa: usare algoritmi intelligenti per risolvere equazioni differenziali non lineari.

E, osservandoli attraverso la lente della scienza speculativa, si potrebbe concludere che suggeriscono un trucco che permetterebbe ai computer fondamentalmente di fermare il tempo per risolvere un problema che richiede una soluzione quasi immediata.

Le equazioni lineari sono il pane quotidiano dell’informatica classica. Analizziamo i numeri e utilizziamo il calcolo binario di base per determinare cosa accade in uno schema, o sequenza lineare, utilizzando algoritmi classici. Ma le equazioni differenziali non lineari sono più difficili. Spesso sono troppo difficili da risolvere o del tutto impraticabili anche per il computer classico più potente.

La speranza è che un giorno i computer quantistici supereranno la barriera delle difficoltà e faranno sembrare questi problemi difficili da risolvere come normali attività di calcolo.
Quando i computer risolvono questo tipo di problemi, in pratica prevedono il futuro. L’intelligenza artificiale odierna in esecuzione sui computer classici può guardare l’immagine di una palla a mezz’aria e, avendo dati sufficienti, prevedere dove sta andando la palla. Puoi aggiungere qualche pallina in più all’equazione e il computer continuerà a farlo bene la maggior parte del tempo.

Ma una volta raggiunto il punto in cui la scala dell’interattività crea un ciclo di feedback, come quando si osservano le interazioni delle particelle o, ad esempio, se si lancia una manciata di brillantini in aria, un computer classico essenzialmente non è in grado affrontare la fisica a quella scala.

Questo, come ha detto a Quanta Magazine il ricercatore quantistico Andrew Childs, è il motivo per cui non possiamo prevedere il tempo. Ci sono troppe interazioni particellari da seguire per un normale vecchio computer.

Ma i computer quantistici non obbediscono alle regole binarie dell’informatica classica. Non solo possono fare zig e zag, possono anche fare zig mentre fanno zag o non fare nessuno dei due allo stesso tempo. Per i nostri scopi, questo significa che possono potenzialmente risolvere problemi difficili come “dove sarà ogni singolo granello di glitter in 0,02 secondi?” o “qual è il percorso ottimale da prendere per questo venditore ambulante?

Per capire come si arriva da qui a là (e cosa significa) dobbiamo dare uno sguardo ai suddetti documenti. Il primo proviene dall’Università del Maryland. Puoi verificarlo qui, ma la parte su cui ci stiamo concentrando ora è questa:

In questo articolo abbiamo presentato un algoritmo di linearizzazione Carleman quantistica (QCL) per una classe di equazioni differenziali quadratiche non lineari. Rispetto al precedente approccio, il nostro algoritmo migliora la complessità da una dipendenza esponenziale da T a una dipendenza quasi quadratica, sotto la condizione R <1.

E diamo uno sguardo al secondo documento. Questo è di un team del MIT:

Questo documento dimostra che i computer quantistici possono, in linea di principio, ottenere un vantaggio esponenziale rispetto ai computer classici per la risoluzione di equazioni differenziali non lineari. Il principale vantaggio potenziale dell’algoritmo dell’equazione quantistica non lineare rispetto agli algoritmi classici è che scala logaritmicamente nella dimensione dello spazio della soluzione, rendendolo un candidato naturale per l’applicazione a problemi ad alta dimensione come l’equazione di Navier-Stokes e altri fluidi non lineari, plasmi , eccetera..

Entrambi gli articoli sono affascinanti ma, utilizzando una grossolana semplificazione, si può dire che descrivono in dettaglio come possiamo costruire algoritmi per computer quantistici per risolvere questi problemi davvero difficili.

Che cosa vuol dire? Abbiamo sentito parlare di come i computer quantistici possono risolvere la scoperta di farmaci o grandi problemi di matematica, ma qual è il punto? L’informatica classica ci ha dato iPhone, caccia a reazione e videogiochi. Quella quantistica che cosa farà?

Potenzialmente, darà ai computer quantistici la capacità di fermare il tempo. Ora, come si può immaginare, questo non significa che qualcuno di noi avrà un telecomando con un pulsante di pausa su di esso che possiamo usare per prendere una pausa da una discussione come nel film di Adam Sandler “Click“.

Ciò significa che un computer quantistico abbastanza potente da eseguire i bis-bis-bis-bis-pronipoti degli algoritmi sviluppati oggi potrebbe un giorno essere in grado di valutare funzionalmente la fisica a livello di particelle con velocità e precisione sufficienti per effettuare calcoli in cui, nella loro esecuzione, il tempo non è un fattore.

Quindi, in teoria, se qualcuno in futuro ti lanciasse una manciata di brillantini e tu avessi uno sciame di droni di difesa a propulsione quantistica, potrebbero rispondere istantaneamente posizionandosi perfettamente tra te e le particelle provenienti dalla scintillioplosione per proteggerti. Oppure, per un caso d’uso meno interessante, sarà possibile modellare e prevedere i modelli meteorologici della Terra con una precisione quasi perfetta per periodi di tempo estremamente lunghi.

Ciò significa, in definitiva, che i computer quantistici potrebbero un giorno operare in un vuoto temporale funzionale, risolvendo i problemi quasi nel momento esatto infinitesimamente finito in cui vengono posti.