Trovare il percorso ottimale per districarsi all'interno di una situazione estremamente complessa : è quanto permette di fare la teoria del Nobel Giorgio Parisi, che ha individuato la via più semplice e diretta a disposizione dell’informatica quantistica , la disciplina che sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in maniera più veloce ed efficiente rispetto ai computer classici. Il risultato è pubblicato sulla rivista Nature dal gruppo coordinato da Parisi, dell’Università Sapienza di Roma e dell’Accademia dei Lincei, con Massimo Bernaschi dell’Istituto per le applicazioni del calcolo del Consiglio nazionale delle ricerche (Iac-Cnr), Isidoro González-Adalid e Víctor Martín-Mayor dell’Università Complutense di Madrid.
Il risultato è il frutto di una simulazione che ha richiesto sette milioni di ore di calcolo e che per la prima volta dimostra la possibilità di gestire calcoli molto compless i utilizzando lo strumento chiamato quantum annealing , ossia la tecnica che utilizza il calcolo quantistico per risolvere problemi complessi seguendo il percorso più semplice e ottimale . Un esempio è il problema del commesso viaggiatore , che consiste nel trovare il percorso più breve per visitare una serie di città una sola volta ciascuna fino a tornare al punto di partenza .
Il riferimento per applicare il nuovo approccio sono sistemi molto complessi e disordinati e dalla dinamica fortemente influenzata da effetti quantistici, come quelli dei vetri di spin la cui analisi ha valso il Nobel a Parisi.
E’ particolarmente difficile capire in dettaglio che cosa succede quando il comportamento di questi sistemi cambia radicalmente con il variare del campo magnetico, tanto che da venti anni due teorie contrastanti si stanno confrontando senza riuscire a trovare una conclusione. Al di là della teoria, il processo di annealing quantistico può offrire dei vantaggi nella risoluzione di problemi di ottimizzazione del calcolo e lo dimostra la ricerca appena pubblicata: il nuovo approccio ha permesso di ottenere dati con una qualità statistica sufficiente a misurare le caratteristiche del sistema complesso con una precisione mai raggiunta finora.
I sette milioni di ore di calcolo necessarie per la simulazione sono state possibili grazie all’iniziativa della comunità europea per il calcolo ad alte prestazioni, euroHPC, utilizzando due grandi supercomputer europei: MeluXina in Lussemburgo e Leonardo in Italia, presso il Cineca. Il software sviluppato per la simulazione è stato reso disponibile per ulteriori studi.
“I risultati ottenuti – osserva Parisi - provano che un meccanismo di simmetria protegge il quantum annealing, permettendo un’efficace applicazione di questa particolare tecnica. Infatti, sotto opportune condizioni di simmetria, non ci sono ostacoli di principio nell'ottenere soluzioni di un problema di ottimizzazione tramite un processo di tipo adiabatico-quantistico, basato cioè su modifiche lente e graduali dello stato del sistema”.
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