Il computer quantistico sta per diventare realtà: scopriamo insieme come funziona la tecnologia che, secondo molti ricercatori, rivoluzionerà completamente il campo dell’informatica.
Di calcolo quantistico si discute ormai da anni nell’ambito della ricerca pura con l’obiettivo di passare ad una sua applicazione concreta. Il salto dalla scienza all’ingegneria non è banale e a tentarlo sono in tanti: non solo i grandi colossi dell’informatica come Google e Microsoft ma anche numerosi laboratori di università e start-up. L’idea di base è una sola: riuscire a sfruttare i fenomeni tipici della meccanica quantistica per creare una macchina in grado di elaborare informazioni ad una velocità impensabile per le moderne tecnologie.
La possibilità di ottenere velocità di calcolo esponenziali è legata ad una nuova unità di codifica delle informazioni. Nei nostri computer, tale unità è chiamata bit e può assumere due valori (0 o 1). Tutto ciò che noi eseguiamo tramite un software o salviamo in memoria, è in ultima istanza una lunghissima sequenza di bit. Per un computer quantistico invece l’informazione è codificata da qubit, una versione quantica dei bit, che possono assumere tre valori possibili: 0, 1 o entrambi. Questo significa che un qubit può trovarsi in una condizione in cui i due stati diversi si trovano sovrapposti: questo effetto è noto nella meccanica quantistica come “sovrapposizione degli stati“. Un altro fenomeno importante, chiamato entanglement, consiste nel fatto che due particelle microscopiche diverse possono condividere lo stesso stato quantico, pur trovandosi ad una grande distanza l’una dall’altra. Grazie a questi due effetti si potrebbe avere un incremento esponenziale della velocità di calcolo.
La strategia di Google è quella di codificare gli stati quantistici tramite correnti oscillanti in anelli superconduttori. La maturità di questa tecnologia, studiata e sviluppata negli anni, ha permesso al team di teorizzare un algoritmo quantistico che produce uscite apparentemente casuali ma con calcoli talmente complessi che un computer moderno non sarebbe in grado neanche di prevedere un risultato. Questo dimostrerebbe la supremazia dei computer quantistici nei problemi di calcolo, aprendo così la strada ad applicazioni di simulazione quantistica, che sarebbero di vitale importanza per campi di ricerca come la chimica.
Un differente approccio è stato usato dalla start-up IonQ e da alcuni centri di ricerca universitari, che hanno progettato una codifica dei qubit sotto forma di ioni, mantenuti dentro trappole elettromagnetiche. Questa tecnologia consentirebbe di costruire macchine da 32 o 64 qubit con una flessibilità molto maggiore rispetto a quella fornita da superconduttori e circuiti.
Altri laboratori, come quello di Schoelkopf -pioniere di quest’area di ricerca-, si stanno invece dedicando ad un altro problema cruciale: la correzione degli errori. Il mondo quantico è estremamente sensibile alle perturbazioni ed è perciò necessario trovare il modo di dotare il sistema della capacità di ripristinare correttamente le informazioni in seguito alle perturbazioni subite dai qubit. L’obiettivo finale è quello di creare un computer quantistico completamente libero da errori, che possa così far girare algoritmi complessi.
Microsoft invece ha appena assunto quattro ricercatori leader, tra cui Kouwenhoven dell’Università di Delft, investendo sul calcolo quantistico topologico. Si tratta di una tecnologia che comporta la codifica delle informazioni come un insieme di stati sovrapposti, che derivano dall’eccitazione della materia. Questo metodo di memorizzazione è in linea teorica meno sensibile alle perturbazioni, rendendo più semplice la correzione degli errori.
Ciò che accomuna tutti questi team di ricerca è un grande ottimismo nei confronti di questo progetto: forse sarà proprio il 2017 ad accogliere il primo computer quantico.
Fonte: Nature