Il futuro esiste ed ha un nome: computer quantistico, la nuova frontiera dell’informatica. Non è altro che un dispositivo informatico che sfrutta i principi e le proprietà della meccanica quantistica per poter risolvere problemi la cui complessità di calcolo richiederebbe anche ai computer più potenti in circolazione tempi di elaborazione lunghissimi se non impossibili. Rispetto a quelli “tradizionali” i quantistici sarebbero addirittura 100 milioni di volte più veloci promettendo così un incredibile salto in avanti nella potenza di calcolo e superando i limiti fisici invalicabili dei processori al silicio. Il primo a mettere in evidenza i limiti della tradizionale architettura binaria dei computer odierni fu David Deutsch nel 1984, ipotizzando un computer quantistico universale il cui linguaggio fosse basato sull’interazione dei quanti. Un contributo fondamentale fu dato anche dall’algoritmo di Shor sviluppato nel 1994, il quale permette di fattorizzare cifre enormi in tempi relativamente brevi grazie alla computazione quantistica. Questo suscitò l’interesse verso questa nuova tipologia di computer in grado di ridurrenumeri grandissimi nel prodotto dei suoi numeri primi più piccoli. Questi fattori primi sono molto importanti dato che costituiscono i pilastri della crittografia moderna: per fattorizzare un numero di 300 cifre, un computer “normale” molto potente impiegherebbe 13 miliardi di anni, circa l’età dell’Universo, mentre un computer quantistico “solo” 43 minuti.
La differenza tra i due computer risiede nel modo di intendereil concetto di bit, l’unità fondamentale nel calcolo elettronico: nei processori tradizionali, i bit possono assumere i valori 0 o 1 codificando oltre che l’informazione, il passaggio o l’interruzione di corrente elettrica. Il linguaggio binario dei computer classici o qualsiasi altro dispositivo elettronico è alla base della logica booleana con cui essi “ragionano”.Invece nel computer quantistico esiste il qubit (quantum bit), un’unità minima molto più complessa in cui un bit può assumere i valori 0 o 1 ma può avere anche entrambi i valori allo contemporaneamente come nel paradosso del gatto di Schrödinger. Per capire meglio si può paragonare il bit classico ad una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra mostrando inesorabilmente una delle due facce; il qubit è invece immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra continuando a ruotare su sé stessa senza arrestarsi fino a che qualcuno non la schiacci con una mano bloccandone la rotazione e obbligandola finalmente a mostrare una delle sue facce. In questo modo, i qubit permettono di memorizzare ed elaborare molte più informazioni rispetto ai bit tradizionali. L’elevata capacità di calcolo però non è dovuta solo a questa caratteristica ma grazie anche all’entanglement quantistico, un vincolo tra due particelle, in questo caso duequbit, che permette di conoscere lo stato della seconda misurando la prima. Sfruttando questa proprietà e la natura probabilistica della meccanica quantistica, l’informatica può accelerare notevolmente la potenza di calcolo.
I computer quantistici sono una realtà in quanto già grandi aziende come IBM, Google e anche la NASA, hanno sviluppato dei computer che funzionano su questi principi della meccanica quantistica. Tuttavia rimangono dei prototipi in continua evoluzione anche se Google sembra esser stata quella ad aver fatto passi da gigante con il suo D-Wave: il colosso di Mountain View dopo averlo testato, ha dichiarato in due articoli pubblicati sul Google Research Blog e su ArXiv di aver raggiunto prestazioni 100 milioni di volte più efficienti di un computer normale. Per misurare le prestazioni del supercomputer, Google lo ha sottoposto al cosiddetto simulate dannealing, un problema di ottimizzazione in cui si deve esaminare una sorta di paesaggio numerico complesso fatto di montagne, colline, vallate e depressioni e ricercarne il punto più basso. Mentre un computer classico viaggia a caso nel paesaggio, scalando e discendendo le colline fino alla scoperta della valle più profonda, il D-Wavesfrutta l’effetto tunnel, un principio che permette di passare attraverso le colline anziché scalarle riducendo drasticamente i tempi di calcolo.
I computer quantistici per quanto sembrino pura fantascienza, da qui a qualche decennio sono destinati a rivoluzionare radicalmente il campo dell’informatica: chi può dire che tra cinquant’anni non si possa simulare la coscienza in un computer?
