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Fisica

Tlick, l’unità di tempo appena inventata da Facebook

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Si chiama flick, parola coniata mettendo insieme frame (nel senso di fotogramma) e tick (ticchettio). Ed è una nuova unità di misura per il tempo appena inventata dagli scienziati di Facebook (in particolare dal team che si occupa dello sviluppo dei visori Oculus), balzata agli onori della cronaca perché equivalente “al tempo medio trascorso dagli utenti a visualizzare un singolo post”, ovvero riconducibile in qualche modo all’unità di tempo che misura l’attenzione degli utenti stessi. Spiacenti di spoetizzare la questione, ma la vera motivazione che ha spinto i tecnici di Menlo Park a introdurre il flick è di natura molto più tecnica: la nuova unità di misura, infatti, definita come la settecentocinquemilionesimaseicentomillesima parte di un secondo (1/705.600.000 secondi, o 1,4172×10-9 secondi, se preferite), è un escamotage che renderà molto più semplice ed efficiente lo sviluppo di nuovi prodotti audio e video, snellendo i processi di produzione e codifica ed evitando possibili errori di programmazione.

Le unità di misura
Come misuriamo il tempo? Nel Sistema metrico internazionale (il più diffuso sistema di unità di misura, adottato dalla maggior parte dei paesi del mondo) ha come unità di misura fondamentale per il tempo il secondo, definito come “la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini […] dello stato fondamentale dell’atomo di cesio, con i suoi sottomultipli (millisecondo, picosecondo, nanosecondo etc.

Le unità di misura derivate, come il minuto, l’ora e il giorno, sebbene siano di comune utilizzo, non fanno invece parte del Sistema internazionale. Altre unità di misura, in ordine rigorosamente sparso, sono il tempo di Planck (definito come il tempo impiegato dalla luce per percorrere una lunghezza di Planck: si tratta del più piccolo intervallo di tempo concepibile), la Time Unit (pari a 1024 microsecondi), l’anno galattico(basato sul tempo di rotazione delle galassie), lo Svedberg (pari a 100 femtosecondi). E, da pochi giorni, il flick.

Dalle stelle al flick
Come dicevamo all’inizio, un flick è pari a un settecentomilionesimo di secondo circa. Perché è stato introdotto? Si tratta, come spiegano i suoi inventori su GitHub, della “più piccola unità di tempo più grande del nanosecondo, che può rappresentare esattamente con numeri interi la durata di un singolo fotogramma alle frequenze di 24, 25, 30, 38, 50, 60, 90, 100 e 120 Hertz”. È importante perché si tratta delle frequenze di campionamento più comunemente utilizzate per la riproduzione di video audio.

film, per esempio, sono riprodotti in genere a 24 fotogrammi al secondo, e un 24esimo di secondo è uguale a un numero intero di flick (29.400.000, per la precisione): lo stesso accade con le altre frequenze. L’adozione di questa unità di misura porterà quindi a una notevole semplificazione nelle operazioni legate alla codifica, alla produzione e all’esportazione di audio e video, perché la base temporale su cui lavorare sarà omogenea e, lavorando solo con numeri interi, non sarà più necessario tagliare i valori a un certo numero di cifre dopo la virgola, riducendo così il rischio di errore legato all’approssimazione.

Cosa è il tempo…
Per comprendere bene la questione è necessario però un breve excursus storico-scientifico su cosa si intende per tempo e su come lo misuriamo. Per quanto il concetto di tempo sia intuitivamente inteso da ognuno di noi, dargli una definizione precisa e univoca è tutt’altro che semplice e ha impegnato per secoli filosofi, matematici e fisici. Un punto colto molto bene, per esempio, da sant’Agostino“Io so cosa è il tempo”, scriveva nell’undicesimo libro delle sue Confessioni“Ma quando mi chiedono di definirlo non so farlo”. L’American Heritage Dictionary of English Language definisce il tempo, un po’ tautologicamente, come “il continuum nonspaziale in cui gli eventi avvengono in successione apparentemente irreversibile dal passato al presente al futuro”, facendo esplicito riferimento dunque ai concetti di passatopresente e futuro, che però incorporano in sé il concetto di tempo. I fisici sono arrivati a un compromesso, enunciando una cosiddetta definizione operativa del tempo, intesa come grandezza identificata dalla sua misura. Più concretamente, dal punto di vista fisico il tempo è una quantità fondamentale (al pari, per esempio, di lunghezzamassacarica elettrica) ed è definito da quello che si legge sugli strumenti che si usano per misurarlo – gli orologi. È proprio in virtù di questa definizione operativa che i metodi di misurazione e le unità di misura del tempo sono sempre stati un aspetto dirimente e fondamentale della questione.

…e come lo si misura
La storia della misura del tempo inizia già 30mila anni fa, quando le prime comunità umane notano per la prima volta delle regolarità negli eventi naturali. Anzitutto quelli astronomici, come il movimento di Sole stelle nel cielo e le fasi lunari; poi quelli legati al clima e alla lunghezza del giorno e della notte – venti e piogge, esondazioni dei fiumi, fioritura degli alberi, migrazioni animali. Da queste prime osservazioni emerge, quasi naturalmente, l’idea di una suddivisione dell’anno in quattro stagioni: in questo senso, la stagionalità può essere considerata la prima e più basilare suddivisione del tempo in unità di misura. Altri marker temporali utilizzati in epoche passate sono stati, per esempio, la prima apparizione in cielo della stella Sirio – che in Egitto coincideva con l’esondazione del Nilo –, la posizione all’orizzonte del Sole all’alba, la lunghezza dell’ombra di uno gnomone.

Successivamente, con l’aumentare della complessità delle società umane, la misurazione del tempo diventa una necessità sempre più sentita, specie per esigenze agricole, commerciali e militari: si iniziano così a mettere a punto delle tavole astronomiche e a costruire i primi rudimentali strumenti di misura, come clessidre a sabbiameridiane orologi ad acqua. I punti di svolta arrivano con i lavori di Galileo Galilei, che per primo osserva le oscillazioni costanti del pendolo e le usa per misurare lo scorrere del tempo, di Christiaan Huygens, che perfeziona il pendolo stesso, e di Isaac Newton, che prosegue lo studio quantitativo del tempo e delle leggi che lo legano, per esempio, alla forza e all’accelerazione dei corpi.

In epoca più recente, il contributo più significativo è stato quello di Albert Einstein, che con la sua teoria della relatività (prima ristretta e poi generale) ha completamente ridefinito il concetto di tempo, declassandolo a grandezza relativa e postulando per la prima volta l’idea dell’esistenza di uno spazio-tempo a quattro dimensioni che costituisce il tessuto del nostro Universo. La discussione sulla natura del tempo e su come misurarlo, naturalmente, non si è mai esaurita, e continua a tenere banco tra la comunità dei fisici teorici: “Il funzionamento del tempo”, ha raccontatorecentemente a Wired.com Sean Carroll, fisico del Caltech che da tempo studia l’evoluzione dell’Universo, “è una questione complessa e dalle molteplici sfaccettature. La maggior parte delle quali sono riconducibili alla teoria di Einstein e a come misuriamo il tempo nel nostro sistema di riferimento. L’aspetto più interessante, a mio avviso, riguarda la freccia del tempo, cioè, in altri termini, il fatto che il passato sia diverso dal futuro. Ci sono processi apparentemente irreversibili, che indicano che la freccia del tempo scorre solo in una direzione. Sappiamo che questo fenomeno è legato alla seconda legge della termodinamica: l’entropia – cioè la misura del disordine di un sistema fisico – non può che crescere. Ma perché è così? E perché lo stato iniziale del nostro Universo, prima del Big Bang, era uno stato estremamente ordinato, con entropia minima?”. Come a dire: per comprendere esattamente il senso del tempo e della sua misurazione, è indispensabile risalire ai principi primi, e capire cosa è accaduto negli istanti di vita iniziali dell’Universo.





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Fisica

La galassia del Triangolo, vista da vicino

Il telescopio Hubble ci porta all’interno di una delle galassie più vicine alla Via lattea

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È una delle attrazioni più interessanti del cielo di novembre, e se  vi trovate in un luogo sufficientemente al riparo dall’inquinamento luminoso, seguendo le nostre istruzioni non avrete nemmeno troppi problemi a scovarla con un semplice binocolo (o persino a occhio nudo). La galassia del Triangolo – una delle più vicine a noi con i suoi soli tre milioni di anni luce di distanza – comparirà come una macchia di forma ovale, bluastra, in direzione delle costellazioni dell’Ariete e dei Pesci, a sud nella volta celeste. Grazie al telescopio Hubble, eccone però una versione super ravvicinata: un vero e proprio tuffo in direzione della sua grossa spirale di stelle.

Vista così, vi darà l’opportunità di scovare anche le sue irregolarità: polveri e gas non sono infatti distribuiti in maniera omogenea lungo i suoi bracci, e danno origine a dei grumi o, in gergo spaziale, ai cosiddetti fiocchi. Inoltre, lo zoom ci conduce con lo sguardo all’interno di una delle zone a maggiore intensità di formazione stellare: la nebulosa Ngc 604, avvolta dal bagliore di gas incandescente.

[Credit video: Nasa, Esa, and G. Bacon (STScI)]





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Fisica

Il misterioso aereo spaziale della Us Air Force ha battuto un altro record: è stato 780 giorni in orbita

Lo spaceplane X-37B è atterrato domenica mattina dopo oltre due anni di missione. Un successo, dicono dalla Us Air Force, ma lo scopo del volo da record continua a essere misterioso

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(foto: U.S. Air Force)

Un altro volo da record per il misterioso spaceplane X-37B, che domenica è atterrato, dopo ben 780 giorni in orbita, al Kennedy Space Center della Nasa, alle 3:51 locali. Decollato per la sua quinta missione il 7 settembre 2017, l’aereo spaziale – un veicolo di test riutilizzabile delll’aeronautica statunitense, ovviamente senza pilota – ha così battuto il suo precedente primato di 718 giorni. Un successo che riafferma la supremazia spaziale degli Stati Uniti, dicono dalla Us Air Force. Ma gli obiettivi dichiarati delle missioni rimangono un po’ vaghi.

Nonostante le cinque missioni alle spalle non si sa molto di X-37B, se non che assomiglia a quello che fu lo Space Shuttle (la navetta spaziale americana andata ormai in pensione) ma in dimensioni ridotte – soli 8,8 metri che non consentono di ospitare un equipaggio.

Ufficialmente la Air Force ha sempre dichiarato si tratti di un veicolo di test per sperimentare le tecnologie per le lunghe permanenze in orbita, a bordo del quale si svolgono esperimenti con medesima finalità e che consente anche il posizionamento di nuovi satelliti. Le scarne informazioni fornite hanno però contribuito ad alimentare un certo alone di mistero intorno alle cinque missioni dello spaceplane automatico, tant’è che c’è stato chi ha sospettato si tratti di un’arma per sabotare satelliti nemici.

Rimanendo sulla versione ufficiale, il segretario dell’Aeronautica militare Barbara Barrett ha commentato“L’X-37B continua a dimostrare l’importanza di un aereo spaziale riutilizzabile. Ogni missione successiva fa avanzare le capacità spaziali della nostra nazione”.

Finora lo spaceplane X-37B ha accumulato un totale di 2.865 giorni di volo. L’aereo spaziale riutilizzabile della Us Air Force si conferma una componente chiave per la futura esplorazione americana dello Spazio.

“Con il successo di questo atterraggio, l’X-37B ha completato il suo volo più lungo fino a oggi e ha completato tutti gli obiettivi della missione”, ha aggiunto Randy Walden, direttore dell’Air Force Rapid Capabilities Office. “Questa missione ha ospitato con successo esperimenti dell’Air Force Research Laboratory, tra gli altri, oltre a fornire un passaggio per piccoli satelliti“.





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Fisica

Cos’è davvero un computer quantistico e perché potrebbe cambiare il mondo

Trapelato un articolo scientifico in cui Google afferma di essere riuscita a conseguire la “supremazia quantistica” con un processore superconduttivo. È l’inizio di una rivoluzione attesa da tempo

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(Immagine: Getty Images)

Notizia bomba nel campo dell’informatica quantistica. Trapelata, poi ritirata, ma mai smentita né confermata ufficialmente. La scorsa settimana è apparso su sito della Nasa un paper dal titolo Quantum supremacy using a programmable superconducting processor, ossia Supremazia quantistica usando un processore superconduttivo programmabile. L’articolo è rimasto online per poche ore (fortunatamente qualche anima pia ha provveduto a salvarlo) ma tanto è bastato a generare una valanga di commenti, controversie, polemiche, supposizioni e speranze tra la comunità degli addetti ai lavori. Questo il succo: Sycamore, il computer quantistico di Google, sarebbe riuscito a conseguire la cosiddetta supremazia quantistica, ossia a svolgere nel giro di pochi minuti, e per la prima volta al mondo, una serie di operazioni che i computer tradizionali impiegherebbero decine di migliaia di anni a svolgere. Abbiamo cercato di capire, con l’aiuto di un esperto, quanto c’è da fidarsi, perché si tratta di una notizia così importante e cosa potrebbe cambiare nel futuro qualora fosse confermata.

Recap: cos’è e come funziona un computer quantistico

Cominciamo dalle basi, anche per sgomberare il campo da ambiguità e incomprensioni. Un computer quantistico sfrutta alcune tra le proprietà più bizzarre e controintuitive della meccanica quantistica per ottenere una potenza di calcolo di gran lunga superiore rispetto a quella di un computer (e di un supercomputer) classico. Come tutti sanno, l’unità minima di informazione di un processore convenzionale è il bit, un’entità binaria che può assumere i valori zero e uno a seconda del passaggio o meno di corrente. Dal canto loro, i processori quantistici usano i qubit, in genere particelle subatomiche come fotoni elettroni, che invece possono immagazzinare molte più informazioni: “I processori tradizionali”, racconta Tommaso Calarco, direttore del Jara-Institute Quantum Information e presiedente dello European Quantum Flagship Network“ammettono solo due stati, lo zero e l’uno, legati al passaggio o al non-passaggio di corrente, cioè di un flusso di elettroni. Nei processori quantistici, invece, ogni singolo elettrone trasporta un’informazione, il che amplifica enormemente la potenza di calcolo”.

Le leggi della meccanica quantistica, infatti, postulano (tra le altre cose) che ogni particella sia soggetta al cosiddetto principio di sovrapposizione, ossia – per dirla rozzamente – si possa trovare contemporaneamente, con probabilità diverse, in più stati differenti. “Il principio di sovrapposizione consente di superare il dualismo acceso/spento e di veicolare molta più informazione: una particella quantistica può rappresentare contemporaneamente più stati”. Il qubit, insomma, permette di parallelizzare i calcoli, cioè di svolgere molte, moltissime operazioni contemporaneamente.

Non sostituirà i computer tradizionali, per ora

Attenzione: quanto detto finora, probabilmente, non vuol dire che nel prossimo futuro i processori classici andranno definitivamente in pensione. Per la maggior parte delle operazioni convenzionali saranno ancora l’opzione più efficiente ed economica: usare un computer quantistico per il rendering di un video o per abbattere i mostri di un videogioco sarebbe come sparare a una mosca con un cannone. Diverso è il caso di settori come la scienza dei materiali, o l’industria farmaceutica, o la fisica delle particelle: in questi scenari un processore quantistico potrebbe davvero cambiare completamente – e per sempre – le regole del gioco, rendendo possibili avanzamenti tecnologici di vastissima portata e difficili da prevedere a priori.

A che punto siamo?

Questi mesi rappresentano una fase cruciale nella storia dello sviluppo dei computer quantistici. Appena pochi giorni prima del leak di Google, Ibm ha annunciato che a ottobre prossimo consentirà a ingegneri, fisici e informatici di accedere da remoto a un computer quantistico a 53 qubit, il più potente mai costruito dall’azienda e il maggiore mai messo a disposizione per uso esterno. La notizia è arrivata a coronamento di sforzi che vanno avanti da anni: nel 2017, come vi avevamo raccontato, gli scienziati di Ibm erano riusciti a simulare con successo un computer quantistico a 56 qubit all’interno di un processore tradizionale con 4.5 terabyte di memoria.

Dal canto suo, invece, Google ha a disposizione Sycamore, un computer a 54 qubit (uno dei quali sembra non funzionare come dovrebbe, e pertanto ne vengono utilizzati 53), e un altro sistema a 72 qubit, che al momento si è rivelato però troppo difficile da controllare. Tutto perché i sistemi quantistici sono estremamente delicati, e particolarmente suscettibili anche a impercettibili interferenze esterne (termiche ed elettromagnetiche, per esempio): “Per dare un’idea della difficoltà enorme di gestire e controllare i computer quantistici”, ci spiega ancora Calarco, “si può pensare ai qubit come ai componenti di un’orchestra chiamata a suonare la nona sinfonia di Beethoven. Però ciascun musicista deve riuscire a farlo con guantoni da boxe alle mani e casco sulla testa. E in una stanza tenuta a novanta gradi di temperatura. È un compito veramente molto, molto difficile”.

Supremazia quantistica vs vantaggio quantistico

Veniamo a Google. Cosa vuol dire supremazia quantistica“Di per sé, si tratta di un concetto molto semplice”, dice ancora Calarco. “Vuol dire riuscire a risolvere, con un computer quantistico, un calcolo che un computer tradizionale non riuscirebbe a risolvere, quantomeno in un tempo ragionevole”. Nella fattispecie, Sycamore è riuscita a dimostrare che una sequenza di numeri casuali è realmente casuale (un problema matematicamente molto complesso) in circa tre minuti e venti secondi; Summit, il supercomputer (tradizionale) più potente al mondo, ci impiegherebbe circa 10mila anni.

“Il problema risolto da Sycamore, in sé, è del tutto inutile, o meglio ha interesse puramente accademico. La sua importanza è legata al fatto che riuscire a risolverlo dimostra una volta per tutte che abbiamo conseguito la supremazia quantistica. È il coronamento di quello che pensavamo fosse solo un sogno, e che ora sappiamo in realtà essere fattibile”. Il prossimo passo, spiega ancora Calarco, sarà passare dalla supremazia quantistica al vantaggio quantistico, cioè all’effettiva progettazione di algoritmi da far svolgere ai computer quantistici del futuro. È come se in questo momento abbiamo mostrato che è possibile costruire una macchina velocissima, ma ci mancano ancora strade, distributori di benzina, infrastrutture. E soprattutto partenze e destinazioni. “È ancora decisamente troppo presto per immaginare tutte le applicazioni. Potrebbero essere davvero sterminate, e strabilianti. I prossimi passi sono anzitutto migliorare ulteriormente l’hardware, arrivando a controllare con precisione sistemi a 100 o più qubit, e poi lavorare allo sviluppo di algoritmi che permettano di arrivare al vantaggio quantistico”. Il futuro ci attende.





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