Come funziona un computer quantistico e a cosa serve
Ogni tanto arriva ai primi titoli dei giornali la parola computer quantistico e, un po’ come quel che riguarda la conquista e l’esplorazione dello spazio, si legge di nuovi sorpassi e scoperte. Se non si è del campo si puó avere la sensazione di restare esclusi e se quando si parla di pianeti e razzi spaziali almeno siamo in grado di immaginarli, nel caso dei computer e dei loro meccanismi interni nemmeno la fantasia e qualche rappresentazione artistica ci possono aiutare.
Capire però come funziona un computer quantistico è qualcosa che ciascuno di noi può fare, almeno in modo basilare, per cogliere l’importanza delle nuove scoperte e l’avanzare del progetto ed emozionarsene proprio come quando si guarda ad una impresa spaziale vittoriosa. Nella gara nel creare computer quantistici sempre più potenti e veloci si affrontano aziende big più che Paesi, ma si sono moltissimi interessi che ci perderemmo ad analizzare, non è questo il punto che vogliamo approfondire.
Come funziona un computer quantistico
Le ultime notizia parlano di una vittoria di Google su IBM, che quest’ultima smentisce. Scommetto che fra qualche tempo potremmo benissimo trovarci a leggere l’opposto, quindi non rincorriamo la cronaca e concentriamoci sul protagonista. Alla base del funzionamento di un computer di questo tipo ci sono i principi della fisica e in particolare della meccanica quantistica. Sfruttiamo ciò che abbiamo scoperto negli anni sulla natura delle particelle, per elaborare meglio la massa sempre crescente di dati che accumuliamo e che desideriamo il nostro computer lavori.
L’unità fondamentale è il qubit, è nuova, è diversa, è più performante perché ci permette di svolgere i calcoli in contemporanea grazie alla sovrapposizione di stati quantistici. Questo vuol dire che se prima avevamo i bit con i valori 1 o 0 e nessun’altra alternativa, ci trovavamo costretti ad un certo tipo di logiche che si basavano su questa dualità.
Oggi invece con i qubit, non abbiamo più come valori solo lo 0 e l’1 ma molti altri che sono gli stati quantistici che una particella puó assumere contemporaneamente con diverse probabilità. È come passare da un disegno in bianco e nero a uno a colori con una ampissima gamma di sfumature. Con questa metafora, imperfetta ma d’impatto, possiamo procedere affermando che c’è una nuova informatica da scrivere che sfrutta e tiene conto di tutti questi stati. Nuove leggi, nuove logiche, una maggiore potenza e velocità. Ci sono altre proprietà speciali di questi nuovi bit che chiamiamo qubit. Questi diversi stati quantistici possono interferire tra loro e, cosa ancora più importante, possono intrecciarsi portando ad una correlazione. Queste proprietà sono un po’ più enigmatiche da spiegare ma teniamole in mente traducendole con il fatto che vanno a creare ancora maggiore spazio per “giocare” per gli esperti di computer.
A cosa serve il computer quantistico
Chiariamo subito una cosa prima di cominciare a sognare un computer quantistico sulla nostra scrivania fra qualche anno. Non è come il nuovo modello di smartphone che dopo qualche mese dal suo annuncio, arriva. No, qui c’è da aspettare parecchio e per ora abbiamo delle proiezioni, delle previsioni, e un fortissimo consumo di spazio ed energia che certo non ci permetterebbe di avere ciascuno il proprio pc quantistico tra le mani.
I calcoli e le rielaborazioni con una macchina del genere possono essere realizzati in tempi assolutamente non confrontabili con quelli a cui siamo abituati a ragionare. Addirittura, grazie alle proprietà dei nostri qubit, i computer quantistici riescono a processare – nello stesso momento, attraverso il calcolo parallelo – più soluzioni ad un singolo problema. Oggi possiamo sì avere più soluzioni ma ne dobbiamo calcolare una dopo l’altra.
Detto ciò, compreso di avere tra le mani una macchina straordinaria, guardando alla nostra vita quotidiana viene da chiedersi “ma cosa mai dobbiamo calcolare di così enorme?” Ecco qualche esempio che ci fa capire come, anche se non sarà sulla nostra scrivania, questo computer potrà migliorare le nostre vite anche in aspetti molto concreti e quotidiani. Con la grande potenza di calcolo che hanno possono far impennare in modo vertiginoso rivoluzionare il campo della cyber security attraverso la crittografia, e anche quello delle tanto consultate e discusse previsioni metereologiche. Anche nel campo della ricerca, molto ampio, una marcia in più nei calcoli può aiutare, ad esempio chi cerca e realizza nuovi materiali.
Un esempio di applicazione di questo computer è relativo alla cyber security e alla criptografia legata alla comunicazioni. Con la marea di dati che oggi inviamo e riceviamo, scoprire se qualcuno ce ne ruba, ne copia o ne danneggia una parte è molto difficile. Eppure è molto importante saperlo ed evitare che accada. Grazie alla criptografia quantistica è possibile invece capire se un bit di informazione è stato intercettato o copiato. Si utilizzano le proprietà della luce per garantire la sicurezza della trasmissione delle informazioni, perchè sfruttandole in un modo geniale che qui è difficile spiegare in pillole, diventiamo in grado di dare l’allarme per eventuali violazioni in tempo reale.
Come funziona un computer quantistico e perché è delicato
Dalla ferocia con cui lottano le big per realizzare computer quantistici sempre più preformanti, si può intuire che si tratta di un’impresa per nulla banale. Ci si impiegano molto tempo e molto denaro e a volte non bastano, serve un’intuizione geniale. Oggi le macchine che sappiamo di avere sono ancora lontane da portare benefici rilevanti per la nostra società ma ci si sta lavorando. Tempo una decina di anni e magari vedremo qualcosa.
Pur essendo molto potenti, sono anche estremamente delicati, un campo magnetico piccolo piccolo li può disturbare. Anche tutto ciò che è collegato al computer deve essere riprogettato, con costi ingenti. Non possiamo certo usare gli stessi identici software di sempre, ne servono di nuovi completamente diversi e che ancora in troppo pochi sanno progettare.
Pubblicato da Marta Abbà il 8 Novembre 2019
