I calcoli da “incubo” potrebbero essere troppo difficili anche per i computer quantistici

I ricercatori hanno identificato uno “scenario da incubo” che coinvolge tipi esotici di materia quantistica che sarebbe impossibile da risolvere, anche per un computer quantistico molto efficiente.

Senza la complessità degli stati quantistici della materia, determinare la fase di una sostanza può essere relativamente semplice. Prendiamo ad esempio l’acqua: è facile capire se è allo stato solido o liquido. Tuttavia, la versione quantistica di questo compito potrebbe essere molto più impegnativa. Tommaso Schuster Lui e i suoi colleghi del California Institute of Technology hanno ora dimostrato che identificare le fasi quantistiche della materia può essere molto difficile, anche per i computer quantistici.

Hanno analizzato matematicamente uno scenario in cui a un computer quantistico viene presentata una serie di misurazioni sullo stato quantistico di un oggetto e deve identificarne la fase. Schuster dice che questo non è sempre un problema insormontabile, ma il suo team ha dimostrato che per una grande frazione di fasi quantistiche della materia – i parenti più esotici dell’acqua liquida e del ghiaccio, come le fasi “topologiche” che contengono strane correnti elettriche – un computer quantistico potrebbe aver bisogno di un tempo incredibilmente lungo per calcolare. La situazione è come la versione peggiore di un esperimento di laboratorio in cui per identificare le proprietà di un campione sarebbe necessario mantenere uno strumento in funzione per miliardi o trilioni di anni.

Ciò non rende i computer quantistici praticamente obsoleti per questo compito. Schuster afferma che è improbabile che questi passaggi si manifestino in esperimenti reali con materiali o computer quantistici: sono più una diagnosi di un’attuale lacuna nella nostra comprensione del calcolo quantistico che un’imminente minaccia pratica. Dice: “Sono come un incubo che sarebbe molto brutto se apparisse. Forse non apparirà, ma dovremmo capirlo meglio”.

Bill Feffermann L’Università di Chicago, nell’Illinois, afferma che questo corso di studi apre domande interessanti su ciò che i computer possono fare in generale. “Ciò potrebbe dire qualcosa sui limiti del calcolo in senso più ampio, ovvero che, nonostante il raggiungimento di notevoli accelerazioni per alcuni compiti specifici, ci saranno sempre compiti che saranno molto difficili anche per computer quantistici efficienti”, afferma.

Matematicamente, il nuovo studio combina aspetti della scienza dell’informazione quantistica utilizzati nella crittografia quantistica con idee fondamentali della fisica della materia, quindi potrebbe anche aiutare a far avanzare entrambi, dice.

Andando avanti, il team vuole estendere la propria analisi alle fasi quantistiche della materia che sono più energetiche o eccitate, che sono più ampiamente note per essere difficili da calcolare.