Introduzione

I cristalli temporali sembrano qualcosa di fantascientifico, ma potrebbero rappresentero il prossimo grande salto nella ricerca sulle reti quantistiche. Un team con sede in Giappone ha proposto un metodo per utilizzare i cristalli temporali per simulare reti massicce con una potenza di calcolo molto ridotta.

Hanno pubblicato i loro risultati il 16 ottobre Science Advances.

Colmare i vuoti

Teorizzati per la prima volta nel 2012 e osservati nel 2017, i cristalli temporali sono composizioni di materia che si ripetono nel tempo. I cristalli normali, come i diamanti o il sale, ripetono la loro auto-organizzazione atomica nello spazio, ma non mostrano alcuna regolarità nel tempo. I cristalli di tempo si auto-organizzano e ripetono i loro schemi nel tempo, il che significa che la loro struttura cambia periodicamente con il passare del tempo.

L’esplorazione dei cristalli temporali è un campo di ricerca molto attivo e sono state realizzate diverse realizzazioni sperimentali“, ha detto l’autore dell’articolo Kae Nemoto, professore della divisione di ricerca sui principi dell’informatica presso l’Istituto Nazionale di Informatica. “Tuttavia manca una visione intuitiva e completa della natura dei cristalli temporali e della loro caratterizzazione, così come una serie di applicazioni proposte. In questo lavoro, forniamo nuovi strumenti basati sulla teoria dei grafici e sulla meccanica statistica per colmare questa lacuna“.

Impiego nelle simulazioni e calcoli quantistici

Nemoto e il suo team hanno esaminato in modo specifico come la natura quantistica dei cristalli temporali – come si spostano da un momento all’altro in un modello prevedibile e ripetibile – può essere utilizzata per simulare grandi reti specializzate, come i sistemi di comunicazione o l’intelligenza artificiale.

Nel mondo classico, questo sarebbe impossibile perché richiederebbe un’enorme quantità di risorse di calcolo“, ha detto Marta Estarellas, una delle prime autrici del documento dell’Istituto Nazionale di Informatica. “Non stiamo solo portando un nuovo metodo per rappresentare e comprendere i processi quantistici, ma anche un modo diverso di guardare ai computer quantistici“.

I computer quantistici sono in grado di memorizzare e manipolare molteplici stati di informazione, il che significa che possono elaborare enormi serie di dati con relativamente poca potenza e poco tempo risolvendo diversi potenziali risultati allo stesso tempo, piuttosto che uno per uno come i computer classici.

Possiamo usare questa rappresentazione in rete e i suoi strumenti per comprendere sistemi quantistici complessi e i loro fenomeni, così come identificare le applicazioni?” si domanda Nemoto. “In questo lavoro, mostriamo che la risposta è sì“.

Simulare l’intero internet mondiale

I ricercatori hanno in programma di esplorare diversi sistemi quantistici utilizzando cristalli temporali dopo che il loro approccio è stato sperimentalmente testato. Con queste informazioni, il loro obiettivo è quello di proporre applicazioni reali per incorporare reti complesse di dimensioni esponenziali in pochi qubit, o bit quantistici.

Usando questo metodo con diversi qubit, si potrebbe simulare una rete complessa delle dimensioni dell’intera Internet mondiale“, ha detto Nemoto.

Citazioni e Approfondimenti