Quantum machine learning: così ci aiuterà (anche) contro i virus | Agenda Digitale

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Quantum machine learning: così ci aiuterà (anche) contro i virus

Le possibilità di applicazione di quantum computer all’intelligenza artificiale aprono scenari futuristici molto importanti in molti campi, tra questi lo sviluppo di nuovi farmaci e vaccini. Ecco i possibili scenari

22 Mag 2020
Domenico Marino

Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria


Oggi di fronte al nuovo coronavirus (SARS-CoV-2) l’umanità è sostanzialmente indifesa in quanto i tempi necessari a sviluppare una cura e un vaccino sono superiori al tempo di esplosione della pandemia. I computer quantistici renderebbero la risposta ad una pandemia molto più rapida ed efficiente perché, ad esempio, consentirebbero di simulare il test del farmaco e gli effetti collaterali senza passare da una sperimentazione sugli esseri umani.

Cominciamo allora a comprendere come siamo arrivati ai quantum computer e quali salti evolutivi saranno possibili grazie a queste super intelligenze.

Dai PetaFlops agli eFlops

La capacità di calcolo dei computer attuali raggiunge ormai i PetaFlops dove Flops sta per Floating Point Operations Per Second e indica il numero di operazioni eseguite in un secondo dalla CPU e il suffisso peta indica la dimensione di 1015.

Cray-1 il primo supercomputer della storia, in esercizio dal 1975 al 1989, anno in cui venne dismesso, aveva una performance di 250 MFlops (106 FLOPS).

Cray-2 entrato in esercizio nel 1985 aveva una performance di 1,9 GFlops (10Flops). Un processore installato su uno smartphone oggi è in grado di sviluppare più di dieci GFlops e questa è una capacità di calcolo tanto grande da far impallidire uno scienziato degli anni ottanta che considerava il CRAY-2 come un qualcosa di semplicemente fantascientifico.

Oggi la capacità dei supercomputer ha raggiunto la soglia dei 200 PetaFlops. Nel 2018, infatti, è entrato in funzione Summit, il supercomputer IBM che ha raddoppiato la potenzialità di calcolo dei supercomputer. Il primato prima era detenuto da un computer cinese con 93 PFlops. Nel giro di poco tempo è ragionevole pensare che si abbatterà facilmente la soglia degli EFlops (1018 Flops). Tutto questo se si rimane nell’alveo dei computer tradizionali con logica binaria.

I Quantum Computer hanno prestazioni che, anche in una fase ancora primordiale di sviluppo della tecnologia, sono enormemente superiori a quelle dei computer attuali. Lo scorso mese di ottobre, Google ha annunciato con un articolo apparso sulla prestigiosa rivista Nature che i suoi prototipi sperimentali di computer quantici hanno realizzato sul campo la cosiddetta “supremazia quantica”, hanno, cioè, risolto in un tempo molto breve (circa 200 secondi) un problema che il più potente computer attuale (Summit IBM) avrebbe impiegato 10.000 anni a risolvere (i ricercatori IBM hanno, però, dichiarato che con una diversa configurazione del supercomputer e con maggiori risorse di storage il calcolo si sarebbe potuto realizzare in 60 ore. Ma anche passare da 60 ore a 200 secondi è un grande risultato!).

Usando un computer quantico a 53 qubit (il qubit o bit quantico è l’unità fondamentale dei quantum computer e si differenzia dal bit classico che può assumere solo i valori 1 e zero per il fatto di potersi, sfruttando le proprietà della meccanica quantistica, trovare simultaneamente in più stati e, quindi, avendo una capacità di calcolo in parallelo assolutamente incomparabile con quella dei computer tradizionali) è stato risolto il problema della verifica della causalità di una serie di numeri, un problema estremamente complesso dal punto di vista computazionale.

Una tecnologia ancora in fase di sviluppo

Bisogna anche considerare che stiamo parlando di una tecnologia che è ancora in una fase di sviluppo embrionale, che ha ancora grossi problemi nel controllare e nello stabilizzare le capacità di calcolo sottese dai qubit, che è ancora molto sensibile alle condizioni ambientali per il suo corretto funzionamento. È ragionevole pensare che quando questa tecnologia sarà matura, le performance potranno essere migliaia di volte, se non milioni volte, superiori a quelle già sperimentate oggi. E questo dà una misura di quali potranno essere gli impatti sulla vita reale degli individui.

Finora, i Quantum Computer sono stati utilizzati solamente per risolvere complessi problemi scientifici, cosa che il genio visionario di Richard Feyman, probabilmente insieme ad Albert Einstein il più grande fisico del XX secolo, aveva intuito già nel 1980. Ma le possibilità di applicazione di questi nuovi computer all’intelligenza artificiale aprono scenari futuristici molto importanti.

Quantum computing e intelligenza artificiale

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Un Quantum Computer è in grado di gestire una rete di sistemi di veicoli a guida autonoma su dimensione urbana. Cioè possiamo immaginare di delegare ad un solo computer la gestione dell’intero traffico dei veicoli a guida autonoma di una città. Così come potenzialmente un computer con questa capacità di calcolo sarà in grado di governare un sistema di trasporto basato non più su veicoli che camminano su strada, ma anche su piccoli aeromobili.

Nel campo più specifico dell’intelligenza artificiale si svilupperà un Quantum Machine Learning che sarà straordinariamente superiore al machine learning classico.

I traduttori simultanei diventerebbero, ad esempio, molto più precisi ed efficienti, potendo gestire ed elaborare in parallelo una mole di dati notevolmente superiore. La ricerca scientifica potrebbe trarre grande beneficio da queste maggiori potenzialità di calcolo, sia per la capacità di risolvere problemi complessi, ma anche per la possibilità di simulare realisticamente sistemi a molti corpi e con molti gradi di libertà. In particolare la simulazione del comportamento dei sistemi complessi potrebbe trasformare totalmente le discipline sperimentali fino quasi a rendere del tutto inutile l’esperimento reale che potrebbe, a tutti gli effetti, essere sostituito da un esperimento totalmente simulato.

Pensate a quanto si ridurrebbero i tempi necessari a sviluppare un nuovo farmaco o un vaccino se il sistema fosse in grado di simulare il test del farmaco e gli effetti collaterali senza passare da una sperimentazione sugli esseri umani.

I computer quantistici faranno, infine compiere all’intelligenza artificiale un salto evolutivo e probabilmente dovremmo cominciare a parlare di super intelligenze artificiali. Cosa saranno in grado di fare queste super intelligenze oggi è difficile prevederlo, ma sicuramente saranno in grado di svolgere quasi tutti i compiti in maniera più efficiente degli umani. Si avvicineranno molto al livello della coscienza, anche se è difficile oggi dire di quanto.

Sarà sicuramente possibile in un futuro non lontano trasferire le conoscenze del cervello dentro database gestiti da super intelligenze artificiali che saranno in grado di continuare accrescere le conoscenze e le esperienze anche dopo al morte e il rapporto tra vita biologica e vita artificiale dovrà trovare un giusto equilibrio.

Saranno le intelligenze artificiali dotate di diritti e di personalità? Dovranno rispondere penalmente e civilmente delle loro decisioni e dei loro atti? Svilupperanno caratteristiche senzienti? Sono queste domande che appartengono ancora alla fantascienza, ma che in un futuro abbastanza vicino, grazie ai quantum computer potrebbero diventare realtà.

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