Il Prof. Marcello Restelli del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano è tra gli autori di uno studio pubblicato su Nature Communications in cui si descrive un compilatore quantistico in grado di programmare, grazie all’intelligenza artificiale, un algoritmo per ogni computer quantistico basato su porte logiche. Lo studio è frutto della collaborazione con Enrico Prati dell’Istituto di Fotonica e Nanotecologie del CNR e Matteo Paris dell’Università Statale di Milano e nasce da una ricerca condotta da Lorenzo Moro, dottorando al Politecnico di Milano.
Analogamente ai computer convenzionali, in cui i bit sono sottoposti ai calcoli attraverso dalle porte logiche, anche nei computer quantistici, capaci di risolvere problemi di calcolo molto più rapidamente, è necessario impiegare porte logiche quantistiche, le quali però vanno programmate da una sorta di sistema operativo che conosce quali sono le operazioni realizzabili. Gli hardware dei computer quantistici sono complessi e offrono solo alcune porte logiche fondamentali, mentre un algoritmo potrebbe richiedere operazioni basate su porte logiche che non si trovano tra quelle disponibili. Esiste una teoria informatica – il teorema di Solovay-Kitaev – che afferma che esiste sempre un modo per costruire una porta logica quantistica a partire da quelle effettivamente implementabili su uno specifico hardware ma che non spiega come farlo.
La sfida è stata raccolta addestrando un’intelligenza artificiale a costruire, in pochi millisecondi, una sequenza per ogni porta logica quantistica partendo dalle operazioni disponibili. La ricerca è stata anche brevettata dal momento che il modello messo a punto dai ricercatori italiani supera un brevetto analogo registrato da Google.
Mentre quest’ultimo richiede un nuovo addestramento per ogni porta logica, il compilatore sviluppato da Moro, Paris, Prati e Restelli, sfruttando il deep learning, è in grado di costruire tutte le porte logiche quantistiche con un addestramento unico, dopo il quale si può richiamare subito la soluzione per una porta logica qualsiasi.