The science of can and can t e la computazione quantistica
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Il documento esplora la relazione tra fisica, computazione classica e quantistica, sottolineando come i computer, sia classici che quantistici, siano sistemi fisici che eseguono funzioni di calcolo. Propone una riformulazione della tesi di Church-Turing, suggerendo che ogni sistema fisico realizzabile può essere simulato da una macchina di calcolo universale. Inoltre, si discute come l'informazione e la computazione emergano da trasformazioni fisiche nei sistemi quantistici, in contrasto con le definizioni classiche basate su stati distinguibili.
The science of can and can t e la computazione quantistica
- 1. The “Science of Can and Can’t” e la computazione quantistica Francesco Sisini
- 2. Uso ortodosso della fisica 1) L’universo è costituito da campi e particelle 2) L’evoluzione dello stato delle particelle (traiettoria) può essere calcolato e e
- 3. Uso ortodosso della computer science la classe delle funzioni calcolabili coincide con quella delle funzioni calcolabili da una macchina di Turing
- 4. I computer eseguono funzioni? Di Supix di Wikipedia in italiano, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=73495174 Osservato nei termini della sua architettura un computer esegue dei calcoli
- 5. Visto “dal vero” una computer è un sistema fisico, analogo al altri sistemi fisici
- 6. I computer sono sistemi fisici La computazione può essere vista come l’evoluzione dinamica degli elettroni che si “muovono” in un circuito… molto complesso!
- 7. Il computer è un sistema fisico Justinhsb, CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons
- 8. ...allora la tesi di Church-Turing andrebbe riscritta: ‘Every finitely realizable physical system can be perfectly simulated by a universal model computing machine operating by finite means’. Every ‘function which would naturally be regarded as computable’ can be computed by the universal Turing machine.
- 9. Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer DAVID DEUTSCH https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1985.0070
- 10. Un nuovo punto di vista Un’elaborazione computerizzata è un processo fisico Un processo fisico è una elaborazione di informazione E’ sempre vero?
- 11. Del computer siamo sicuri, del cervello non possiamo ancora essere sicuri... Attività biofisica/biochimica Altro?
- 12. Cosa possiamo dire della fisica? Ruryk, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons
- 13. When does a physical system compute? Clare Horsman, Susan Stepney, Rob C. Wagner and Viv Kendon https://www.semanticscholar.org/paper/When-does-a-physical-sy stem-compute-Horsman-Stepney/b1e3c678ba2c1f1b118d00262 a14b73403fb59c4
- 14. Una risposta in quattro punti https://www.semanticscholar.org/paper/When-does-a-physical-system-compute-Horsman-Stepney /b1e3c678ba2c1f1b118d00262a14b73403fb59c4
- 15. Facciamo il punto Computer classico: ● Sistema fisico complesso composto da altri sotto-sistemi fisici ● La dinamica del sistema può essere descritta nei termini della fisica classica ● La dinamica dei sottosistemi può essere descritta sia come fisica classica che come meccanica quantistica
- 16. Computer quantistico: ● Sistema fisico complesso composto da altri sotto-sistemi fisici ● La dinamica del sistema può essere descritta nei termini della meccanica quantistica ● La dinamica dei sottosistemi può essere descritta nei termini della meccanica quantistica
- 17. La differenza fondamentale La teoria dell’informazione, per formare un messaggio, richiede 2 stati distinguibili Classico: la distinguibilità degli stati è dato dal valore di grandezze macroscopiche medie: potenziale elettrico, carica in un condensatore, intensità di un’onda... Quantistico: la distinguibilità degli stati è dato dalle proprietà intrinseche delle particelle
- 18. Scenario classico ● La natura offre risorse con le quali abbiamo concepito e costruito i bits ● Le macchine artificiali computano i bits ● L’universo è agnostico verso il calcolo
- 19. Nuovo scenario ● La natura offre un sistema naturale di qubits ● Le trasformazioni fisiche elementari computano i qubits ● L’universo è un media di informazione e contiene informazione
- 21. Fisica “ortodossa” ● La dinamica di computazione un computer classico ● La dinamica di computazione computer quantistico Descrive: Non descrive ● Cosa fa un computer classico ● Cosa fa un computer quantistico
- 22. Counterfactual thinking o condizioni iniziali? x+y=z 1+1=2, 2+7=9,... Un sommatore (concettuale) calcola z dati x e y Da definite condizioni iniziali si può generare una calcolatrice capace di eseguire (per un definito periodo) le somme per numeri a N cifre
- 23. Nella fisica si pensa in termini controfattuali? In un certo senso... ogni volta che ci chiediamo se esistono condizioni iniziali tali che: p e e
- 24. Quindi: qual’è il problema? Se consideriamo che: ogni realtà derivi dall’evoluzione temporale di un sistema a partire da determinate condizioni iniziali Matematicamente non riusciamo a risalire alle condizioni iniziali alla base di nessun sistema complesso: proteina, cellula, enzima... Si deve rinunciare all’idea di libero arbitrio
- 25. Quindi? - Non si può essere sicuri dell’esistenza del libero arbitrio, però… farebbe piacere - Non è soddisfacente avere una teoria che per quanto corretta non sia capace di prevedere la creazione di sistemi come le forme biologiche elementari
- 26. Da vecchie idee… nuove idee Chiara Marletto Esprimere la fisica nei termini di quali trasformazioni sono possibili e quali no https://arxiv.org/abs/1608.02625
- 27. E’ una novità? Problemi fisici come lo scattering sono spesso trattati in termini controfattuali
- 28. Cosa aggiunge di nuovo? ● La teoria fisica non tratta l’informazione come un ente elementare, piuttosto come un fenomeno emergente ● La teoria classica dell’informazione definisce l’informazione nei termini di stati distinguibili ● La teoria classica dell’informazione definisce la computazione come una elaborazione della informazione Approccio dinamico: ● Le leggi sono espresse in termini di trasformazioni possibili da parte di un costruttore ● L’informazione non quantistica è definita come un sistema fisico clonabile da parte del costruttore ● L’informazione quantistica è definita nei termini degli stati che un sistema può assumere Approccio controfattuale: Ricorsivo, perchè per distinguere devo computare
- 29. Constructor theory (in italiano non rende…)
- 30. Attributi Substrato Ha Costruttore Modifica Attributo E’ qualcosa che può essere modificato da un processo fisico L’insieme dei valori distinti dell’attributo è descritto da una variabile Costruttore Trasforma gli attributi dei substrati Rimane uguale a se stesso durante e dopo la trasformazione (catalizzatore) Computazione (reversibile) E’ una trasformazione, operata dal costruttore Scambia almeno due attributi del substrato Informazione (non quantistica) E’ una variabile che descrive attributi che può essere clonata Mezzo di informazione E’ un substrato con almeno una variabile di tipo informazione