Lo sviluppo dei computer quantistici

“Siamo ai tempi dei fratelli Wright, il primo aereo ha volato per solo 12 secondi, in pratica non è servito a nessuno. Ma il loro esperimento ha dimostrato la reale certezza che un aereo potesse volare”.

Sono le parole del CEO di Google, Sundar Pichai in una intervista a MiT Technology Review il giorno dopo la pubblicazione dello studio che avrebbe confermato la supremazia di Big G nella corsa al computer quantistico.

In sostanza Sycamore – questo il nome del computer- è stato in grado di risolvere in soli 200 secondi un maxi-problema che avrebbe impegnato i più potenti computer in commercio per circa 10 mila anni . Scusate se è poco…

Ma cosa sono i computer quantistici? I computer quantistici sono delle nuove tipologie di dispositivi che consentono di rappresentare e manipolare l’informazione non tramite i classici bit, vale a dire “0” e “1”, ma tramite i quantum bit o qubit, oggetti più complessi che sfruttano alcune proprietà peculiari della fisica quantistica come la sovrapposizione di stati, l’entanglement e l’interferenza quantistica.

Il vantaggio principale dei computer quantistici è che, potenzialmente, questa categoria di elaboratori potrebbe risolvere alcune famiglie di problemi, in gergo tecnico determinate “classi di complessità”, che oggi sono molto difficili e richiedono risorse temporali, tecniche ed economiche eccessive per essere affrontate con i tradizionali elaboratori.

Negli ultimi anni tutte le grandi aziende high-tech hanno investito nel settore, insieme ad alcune start-up come, ad esempio, Rigetti o D-Wave. Tra le multinazionali della tecnologia si possono citare ad esempio Google, con il suo processore Bristlecone a 72 qubit, IBM, che nel gennaio del 2019 ha annunciato il suo computer quantistico commerciale IBM Q, o Microsoft, che adotta un approccio eterodosso basato sui cosiddetti fermioni di Majorana, per terminare con Honeywell.

La strada però non è del tutto spianata. Gli scienziati stanno ancora studiando come gestire i quibit. Per sfruttarne le caratteristiche, e quindi mantenere quella che è chiamata “coerenza quantistica”, vanno isolati in condizioni di laboratorio particolari e con temperature bassissime, altrimenti collassano.

Gli oggetti quantistici sono estremamente sensibili: basta un campo magnetico piccolissimo per interferire con il loro stato. Qualsiasi tipo di manipolazione è immediatamente percepibile. Questa è la loro forza, oltre che debolezza.

Per questi motivi nessuno si sbilancia ancora nel presentare ufficialmente una roadmap con tempistiche inferiori a dieci anni. Ma qualcosa nell’ultimo anno si è mosso accendendo un faro su tutti gli attori che stanno partecipando in modo più o meno segreto a realizzare quella che sarà la più grande rivoluzione nell’informatica dopo il computer a transistor.

Che aspetto ha un computer quantistico? Per immaginare l’aspetto di un computer quantistico, facciamo un passo indietro nel tempo. Immaginiamo cioè i computer di 60 anni fa, quando occupavano una stanza piena e avevano fili che correvano ovunque: siamo tornati là.

Fonte: Google

Innanzitutto, c’è una camera a vuoto ultra alto. È una sfera di acciaio inossidabile, delle dimensioni di un pallone da basket, con portali per far entrare la luce laser e da cui l’aria è stata pompata in modo tale da contenere un vuoto quasi assoluto. La camera è raffreddata con elio liquido per portare la temperatura del chip della trappola ionica a 10 gradi sopra lo zero assoluto (circa 441 gradi Fahrenheit negativi, più fredda della temperatura superficiale di Plutone).

All’interno della camera, i campi elettrici fanno levitare singoli atomi sopra una trappola ionica, un chip di silicio ricoperto d’oro. Gli scienziati puntano i laser su questi atomi caricati positivamente per eseguire operazioni quantistiche.

L’unico computer quantistico commerciale pare sia della canadese D-Wave, del gruppo D-Wave Systems. Ci lavorano dal 2000, anno in cui hanno raccolto i primi finanziamenti e a oggi pare che abbiano raggiunto più di 200 milioni di dollari.

Tra gli azionisti figura il Governo canadese mentre tra i clienti spiccano i nomi di Google, Nasa, Los Alamos National Lab, Volkswagen. Il sistema di D-Wave 2000Q dovrebbe raggiungere 500 qubit, ma la comunità scientifica nutre più di una perplessità per il metodo adottato.

Altro nome da ricordare è quello di Chad T. Rigetti, fondatore di Rigetti Computing, società californiana che a oggi ha raccolto investimenti per 120 milioni di dollari in sette diversi round. Il nome di Rigetti si trova anche in numerosi brevetti sul quantum computing di Ibm (era un ex dipendente). Dietro ha la forza finanziaria e tecnologica di YCombinator, l’acceleratore più famoso della Silicon Valley.

Il Big Bang è avvenuto infatti nei primi anni 2000, quando il Darpa non ha avuto più le risorse pubbliche per occuparsi da solo dello sviluppo delle tecnologie già avviate come la ricerca sui superconduttori. Parte di questo sviluppo è passato quindi ai Big della Silicon Valley.

In palio, questa volta, non c’è solo un mercato che secondo Deloitte varrà 45 miliardi di dollari nel 2022. C’è la sicurezza nazionale. Con una macchina da 500-mille qubit e con tecnologie e tecniche di correzioni di errori che ora non possediamo si può “rompere” la maggiore parte degli algoritmi di crittografia. In termini più concreti questo vuole dire accedere a una fetta consistente delle informazioni protette che circolano tra privati e imprese.

Ecco perché non solo nei laboratori privati si lavora a nuova crittografia, basata su tecnologie come la distribuzione di chiavi quantiche in grado di rendere più sicure le trasmissioni di dati. Il quantum computing insomma è materia di interesse pubblico.

L’Europa, l’anno scorso, ha messo sul piatto un miliardo di dollari e ha riconfermato con la nuova Commissaria designata Ursula von der Leyen il suo impegno su questo campo. Il governo tedesco spenderà nei prossimi due anni 650 milioni di euro per esplorare insieme a Ibm nuovi territori del quantum computing.

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