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Computer quantistici, questi sconosciuti

di MATTO DE GIULI
IL 103 03.07.2018

Courtesy of IBM

Li abbiamo sempre collocati in un incerto futuro. La possibilità di avere a disposizione online i primi prototipi riaccende l’interesse

Computer quantistici: già solo il nome ha il suono del futuro, con quella promessa un po’ vaga, seducente, di poter utilizzare le proprietà sfuggenti della fisica subatomica piegandole agli schemi di una tecnologia umana. E in un eterno futuro li abbiamo sempre collocati, i computer quantistici, una grande rivoluzione al rallentatore, costantemente annunciata come imminente e mai tra di noi. «Eppure le macchine quantistiche già esistono», sottolinea Ivano Tavernelli, ricercatore ai laboratori IBM di Zurigo.

Alcuni computer quantistici sono già stati costruiti, in effetti, ma sono ancora prototipi basilari, in piccola scala o molto instabili; sono un groviglio di tubi che pendono dal soffitto di pochi avanzatissimi laboratori informatici, o, a seconda degli esperimenti che volete visitare, una serie di cavi annodati, pezzi di elettronica collegati a ingombranti macchinari. «Da qualche mese, però, alcuni prototipi sono accessibili anche online», dice a IL Tavernelli. «La domanda ora è: quando saranno abbastanza potenti da essere in grado di eseguire calcoli che non possono essere eseguiti da computer classici?». La risposta è che bisognerà aspettare almeno una decina di anni, forse qualcosa di più.

Nel frattempo, le aspettative sono alte. Ed è comprensibile: l’obiettivo finale è – banalizzando un po’ – quello di creare dispositivi con la potenza di calcolo di cento milioni di ordinari PC. E negli ultimi tempi stiamo effettivamente assistendo a un’accelerazione di interesse e di lavoro da parte di grandi aziende come Google, IBM e Microsoft. Inoltre, come sottolinea Tavernelli, «la possibilità di avere a disposizione online i primi prototipi di calcolatori quantistici ha creato nuovo interesse anche nella comunità scientifica». Così, anche l’Europa ha deciso di muoversi: l’Unione investirà un miliardo di euro in dieci anni di ricerca grazie anche all’opera di persuasione di Tommaso Calarco, direttore del Centro per le scienze e tecnologie quantistiche integrate dell’Università di Ulm.

Sfruttando il comportamento bizzarro del mondo quantistico, i computer lavoreranno su princìpi diversi rispetto ai computer normali. Se i mattoni base dei normali computer sono i bit, l’architettura dei computer quantistici è affidata ai bit quantistici, o qubit, bit “potenziati” che danno accesso a possibilità di calcolo esponenzialmente più grandi rispetto a quelle di un computer tradizionale: con poche centinaia di qubit si può elaborare simultaneamente una quantità d’informazione superiore a quella contenuta in tutti gli atomi dell’universo conosciuto.

«Sogniamo i computer quantistici da più di trent’anni, da quando nel 1982 il Nobel Richard Feynman propose di costruirne per risolvere problemi di meccanica quantistica», spiega Tavernelli. Prima di arrivare all’obiettivo ci sono almeno due ordini di ostacoli da superare: «C’è un problema di hardware e uno di software. Il problema teorico è che gli algoritmi pensati per computer classici vanno ripensati per i computer quantistici. Quello sperimentale è trovare l’approccio giusto per costruirli, perché il numero di qubit non è la sola cosa che conta. Sono sistemi molto delicati che richiedono condizioni estreme, operano infatti a una temperatura 20 mK, cioè 0,02 gradi al di sopra dello zero assoluto, ed è ancora molto difficile crearne di “stabili” e in grande scala».

I computer quantistici diventeranno particolarmente adatti per tutte le questioni che richiedono una mostruosa capacità di calcolo: trovare la soluzione di problemi matematici irrisolti, potenziare in maniera forse decisiva l’intelligenza artificiale, effettuare simulazioni di processi chimici e fisici con un dettaglio senza precedenti, svelando nuove proprietà della materia.

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