Dai computer quantistici un nuovo balzo in avanti della fisica?

Alcuni fisici ritengono che soltanto con l’avvento dei computer quantistici questa disciplina potrà effettuare un nuovo, grande balzo in avanti. I progressi in quest’area che mescola meccanica quantistica, informatica e fisica dei materiali non ci consegnerà soltanto elaboratori più intelligenti e potenti, ma appunto l’opportunità di risolvere alcuni dei problemi scientifici più spinosi che affliggono l’umanità.

Combinando i computer quantistici con l’intelligenza artificiale è lecito attendersi che alcuni dei problemi scientifici più complessi possano essere disvelati. Le differenze tra i computer classici (super calcolatori compresi) e computer quantistici sono enormi.

Negli attuali computer l’informazione è immagazzinata ed elaborata sotto forma di «bit». Un singolo bit di informazione può avere uno solo di due valori: zero o uno. Un computer quantistico, invece, opera sui cosiddetti «bit quantistici», o «qubit», che possono trovarsi in una sovrapposizione quantistica di entrambi gli stati nello stesso momento, e quindi sono in grado di immagazzinare molta più informazione.

Un esempio classico di un qbit è un elettrone il cui spin può essere down o up rispetto ad un campo magnetico. Soggetto ad un ulteriore impulso elettromagnetico lo spin può variare anche da parallelo ad antiparallelo. Trattandosi di una particella quantistica però questi stati possono essere sovrapposti nello stesso tempo.

Questa proprietà della meccanica quantistica conferisce a questi computer una potenza incomparabile rispetto a quelli attuali. Costruire però questi elaboratori è tutt’altro che semplice. Gli stati di correlazione quantistica sono estremamente delicati e si mantengono solo in speciali condizioni e per brevi periodi di tempo.

I problemi da risolvere sono molteplici da un lato come preservare questi stati dall’ambiente esterno che fa collassare la coerenza quantistica, dall’altro come controllare i dati elaborati dai qubit in entrata e in uscita. La cosa diventa sempre più difficile aumentando il numero di qubit in correlazione.

Da tempo sia IBM che Google sono impegnati nella realizzazione di un computer quantistico ma nessuno finora è riuscito a produrre un sistema stabile a molti qubit. I problemi non si riducono all’hardware dei computer quantistici, riguardano anche il software specializzato. Al momento non c’è grande abbondanza di algoritmi quantistici, tra i più noti sono l’algoritmo di fattorizzazione di Shor e quello di ricerca di Grover.

Per la verità nel gennaio di quest’anno l’IBM ha annunciato al CES, un importante fiera dell’elettronica di consumo, il primo quantum computer per uso commerciale “IBM System Q One” e la piattaforma “IBM Q Network” per uso scientifico e commerciale. Il computer quantistico di Ibm, tramite il cloud, può essere impiegato dalle aziende per applicazioni commerciali che vanno dai modelli finanziari al farmaco personalizzato, dalle previsioni metereologiche alla crittografia.

Si tratta però poco più che di prototipi ancora lontani da una vera commercializzazione sia pure per segmenti elitari del mercato. IBM se la deve vedere con un competitor altrettanto determinato, Google, che ha puntato invece lo sviluppo dei computer quantistici all’intelligenza artificiale ed all’implementazione di algoritmi dedicati. Il colosso di Mountain View ha dichiarato di essere vicinissimo alla creazione di un computer che sarà in grado di dimostrare la “quantum supremacy”, la superiorità del calcolatore quantistico sui supercomputer tradizionali.

Una volta tanto affermare che siamo ormai in vista dell’era dei quantum computer non è un atto di sfrenato ottimismo ma una previsione altamente concreta e fondata, come è altrettanto certo, che in una fase iniziale, questi avveneristici computer non manderanno in pensione gli elaboratori “tradizionali”.