Ned Allen ci spiega come la quantistica rivoluzionerà (non solo) il mondo della “difesa”.
Intervista a Edward (“Ned”) Allen, chief
scientist di Lockheed Martin, che spiega come l'azienda sta lavorando sulla
scienza dell'informazione quantistica per rivoluzionare la mobilità, dalle
navicelle spaziali ai droni.
La meccanica dei quanti –
quantità indivisibili di energia, azione, moto, carica e forza, che ci permettono
di approcciare fenomeni altrimenti incomprensibili, come l’irradiazione di un
laser, un corpo incandescente o l’effetto fotoelettrico – è destinata a
cambiare molte delle tecnologie su cui facciamo affidamento e che consideriamo
innovative. Alcune delle menti più illuminate della comunità scientifica sono
oggi a lavoro su questa nuova frontiera di ricerca teorica avanzata. Tra
queste, c’è Edward (“Ned”) Allen, chief scientist di Lockheed Martin, azienda
americana e globale impegnata in aerospazio, difesa e sicurezza, con base a
Bethesda, in Maryland, e 100mila dipendenti, la metà dei quali ingegneri,
scienziati o professionisti dell’Information technology (It). Presente in 52
Paesi, Lockheed Martin focalizza la propria strategia tecnologica su aree che
comprendono: autonomia e robotica, energia diretta, cyber-security, tecnologia
sensoristica ed electronic warfare.
LA SCIENZA DELL’INFORMAZIONE
QUANTISTICA
Ci sono molti campi in cui la
fisica quantistica può essere applicata. “Il mio ufficio – ha spiegato Allen –
è particolarmente impegnato sulla quantum information science: computer
quantistici, sensori quantistici, e termodinamica quantistica finalizzata ad
aumentare l’efficienza energetica”. Tra questi, uno dei settori più affascinanti
è senza dubbio quello che vedrà il quantum computing rivoluzionare i viaggi
spaziali e l’esplorazione extra-atmosferica, senza dimenticare i voli
tradizionali. La piena applicazione di queste tecnologie è tuttavia
ancora immatura e perciò Lockheed Martin ha adottato un approccio pragmatico,
ispirato al fisico e filosofo inglese Richard Jozsa, fatto di “piccoli ma importanti passi”, tesi a
stabilire una partnership forte ed efficace tra i computer classici e quelli
quantistici.
IL “QUASSICAL COMPUTING”
“La chiamiamo quassical
computing, un nome che combina le strutture e la capacità del computing
quantistico con quelle del computing classico, e ciò significa intrinsecamente
che un computer della seconda categoria può diventare potente come uno della
prima, e questo può avvenire con un solo piccolo aiuto dalla controparte
quantistica. A tal proposito – ha detto il chief scientist – stiamo sviluppando
piccoli processori quantistici che agiscono come co-processori per i computer
classici, allo scopo di aumentare il controllo del volo di aerei militari,
veicoli spaziali e sistemi di guida”. Il co-processore quantistico, come quello
grafico su un computer classico, può compiere azioni che aumentano le capacità
dei veicoli autonomi. “Oggi – ha spiegato Allen – automobili a guida autonoma e
veicoli aerei unmanned (Uav), droni compresi, non hanno in linea generale una “situational
awareness” (consapevolezza della situazione) tale da aspirare a livelli
ottimali di “safety e performance” (sicurezza e prestazione). Eppure,
già adesso Lockheed Martin sta mettendo a punto l’aereo autonomo e i veicoli
subacquei e di superficie del futuro, pianificando allo stesso tempo il
supporto agli shuttle che porteranno l’uomo su Marte; e tutti questi avranno bisogno di
capacità autonome avanzate per la gestione della navigazione, del
condizionamento ambientale umano e di eventi imprevisti”.
PER I VEICOLI DEL FUTURO
Il problema maggiore, ha
rimarcato l’esperto, è che “oggi, un veicolo autonomo progettato per viaggi
interplanetari nel Sistema solare, non può essere gestito in tempo reale da
terra; i sistemi di controllo attuali hanno un ritardo intrinseco dovuto ai
limiti della velocità della luce (i comandi viaggiano solo a questa velocità,
non di più) [Cfr. Marco La
Rosa – Comunicazione interstellare ISA (interconnessione degli spin accopiati),
Congresso sull’esplorazione dello spazio e la vita nel cosmo , San Marino 2018], e ai limiti relativi alla velocità
di calcolo nella tecnologia attualmente disponibile. Così, dobbiamo realizzare
veicoli veramente autonomi attraverso la capacità di decisioni autonome e
anticipatorie, abilitata dalla scienza dell’informazione quantistica, così da
poter produrre “asset” (bene-risorsa) con la performance più significativa e
operativamente utile”. La ricerca in questo campo, tesa ad abilitare tali
performance, genererà ampi ritorni in futuro, anche se “richiede investimenti
enormi nel presente”. In altre parole, la ricerca scientifica sull’informazione
quantistica porta con sé un’ambiziosa promessa di abilitazione dei veicoli e
dei sistemi del futuro, sebbene siano necessari grandi investimenti e occorra
superare rilevanti ostacoli tecnici. Eppure, fortunatamente, esistono molti
parametri fisici che consentono di controllare con precisione gli stati
quantici e assicurare dunque una trasmissione di informazioni di successo che
permetterà la suddetta abilitazione.
IL PROBLEMA DELLA DECOERENZA…
Ad ogni modo, il più sfidante tra
gli ostacoli tecnici è la cosiddetta “decoerenza”,
ovvero la perdita dell’ordine e dunque del contenuto informativo di un
qubit (contrazione di “bit quantistico”, termine coniato da Benjamin
Schumacher per indicare l’unità di informazione quantistica) a riposo in una
memoria quantistica, o trasportato attorno al computer, o ancora attraverso
canali di comunicazione che trasmettono informazioni quantistiche.
…E COME RISOLVERLO
“Ci sono molti modi per
affrontare questo delicato problema”, ha sottolineato Allen. “Il primo
è ridurre l’esposizione del quibit ai fenomeni fisici che causano la decoerenza
(Rfi, fluttuazioni termiche, vibrazioni, ecc.). Se si riduce la probabilità di
errori di decoerenza intorno all’1%, si possono iniziare a utilizzare metodi di
correzione dell’errore quantistico per recuperare la tolleranza all’errore nel
sistema. Il problema è che nessuno sta avendo successo né nell’adeguato isolamento del
qubit, né nella correzione dell’errore. (Cfr ISA interconnessione degli spin accopiati e confinamento magnetico
- Marco La Rosa Comunicazione
Intersetellare – Congr. San Marino 2018 ). Quest’ultima può anche
richiedere un gran numero di qubit fisici per produrre un qubit logico
funzionante, e questo aumenta la probabilità dell’errore. Microsoft, ad
esempio, sta ricercando attualmente un metodo di computing quantistico chiamato
“topological computing”, che usa speciali formulazioni di qubit incorporati in
“quasi-particelle” che sono fortemente resistenti alla decoerenza, tanto che
ogni incompletezza nell’isolamento del qubit non produce tanti errori – anche
se errori si insinuano comunque in tali sistemi attraverso i canali richiesti
per accedere ai qubit per ottenere dati dentro e fuori dal computer.
Comunque, l’approccio topologico di Microsoft è solo uno dei tanti possibili di
questa tipologia”.
LA QUESTIONE DELLA LATENZA DEL
SISTEMA
(LATENZA: “la condizione di quanto non si manifesta o non
si rivela all'esterno”).
Poi, c’è un problema più generale
di latenza del sistema. “Un sistema fisico o meccanico progettato da un
ingegnere – ha evidenziato il chief scientist di Lockheed Martin – è
controllato attraverso circuiti di feedback, tali per cui un sistema o un
impianto compie un errore, che è identificato da un controllore computer-based,
il quale cala l’input correttivo nei parametri dell’impianto e li ricalibra sul
loro corso previsto”. “Poiché il sistema deve compiere l’errore
prima che questo possa essere identificato, la correzione avviene sempre un
momento dopo e il corso non è lineare. Ciò viene definito “latenza” del controllore. In molte
applicazioni, la latenza deve essere ridotta al minimo assoluto per assicurare
il più lineare corso possibile – e questo è vero specialmente per i controllori
di sistemi di ultra precisione come robot chirurgici e aerei ad alta velocità.
In tanti ambienti applicativi, si ricerca una “latenza negativa”. Ciò significa che servono sistemi che prevedano
e anticipino dove si verificheranno gli errori e con che grado, e che dunque
modifichino i parametri del sistema in anticipo rispetto alla loro
manifestazione, e non dopo. Utilizzando un computer quantistico
(Lockheed Martin ha acquistato D-Wave nel 2011) si può iniziare con lo stato
fisico nel momento attuale, per poi procedere prevedendo lo stato futuro con
simulazioni, ad esempio, sui prossimi 100 microsecondi, e riportare le
informazioni in modo che si possano apportare le correzioni prima che l’errore
si presenti”.
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DI MARCO LA ROSA
SONO EDIZIONI OmPhi Labs
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