I rapidi progressi nell’intelligenza artificiale hanno ottenuto un’enorme attenzione pubblica e un esame critico, mentre un’altra tecnologia cruciale si è evoluta in gran parte fuori dal dibattito pubblico. E’ l’informatica quantistica che cerca di utilizzare operazioni basate sulla fisica quantistica, per risolvere problemi computazionali che erano considerati irrisolvibili.
L’informatica quantistica prossimamente potrebbe avere profonde implicazioni per la sicurezza nazionale e l’economia globale.
La sola Cina si è impegnata a spendere 15,3 miliardi di dollari in cinque anni. Nel 2016, i cinesi hanno pianificato lo sviluppo delle tecnologie quantistiche come priorità nazionale e creato un hub avanzato per la produzione. Gli Stati Uniti, nel 2018, hanno promulgato la National Quantum Initiative, una legislazione volta a mantenere la leadership tecnologica e scientifica del paese nell’informazione quantistica e nelle sue applicazioni. Hanno annunciato investimenti per 3,7 miliardi di dollari, oltre a ulteriori finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo della difesa. Sforzi ulteriori di ricerca e sviluppo nel settore privato e nel mondo accademico sono in atto.
I ricercatori hanno riconosciuto che una delle più grandi minacce poste da un potente computer quantistico è il suo potenziale come strumento di decifrazione dei codici, in grado di penetrare la crittografia utilizzata dai sistemi di comunicazione e dalle reti digitali più avanzati in tutto il mondo oggi.
Questa preoccupazione ha spinto gli Stati Uniti a sviluppare e sostenere l’adozione di una crittografia resistente ai quanti, rafforzare i controlli sulle esportazioni di tecnologia quantistica e costruire partnership orientate all’azione con l’industria, il mondo accademico e i governi locali.
Il concetto di computer quantistico fu proposto per la prima volta dal fisico teorico e premio Nobel Richard Feynman nel 1981. Feynman giovane studente agli albori della meccanica quantistica, quando gli scienziati iniziarono a riconoscere che atomi, elettroni, luce e altri oggetti sub-nanoscopici, elementi costitutivi di ogni cosa nell’universo, obbediscono a regole fondamentalmente diverse rispetto agli oggetti della vita quotidiana. A differenza, ad esempio, di una palla, che segue le semplici regole della fisica classica, gli elettroni si comportano simultaneamente come particelle e onde e la loro posizione non può essere definita con esattezza.
L’intuizione di Feynman fu che per comprendere veramente il mondo della fisica quantistica, e il funzionamento generale dell’Universo stesso, sarebbe stato necessario costruire un computer che funzionasse secondo le stesse leggi.
“La natura non è classica, accidenti”, disse, “e se vuoi fare una simulazione della natura, faresti meglio a farla usando i principi della fisica quantistica”.
I migliori supercomputer odierni possono gestire un miliardo di miliardi di operazioni al secondo. Tuttavia è diventato sempre più chiaro che alcuni calcoli sono e rimarranno al di là persino dei migliori computer classici. Questo perché le tecnologie informatiche esistenti sono vincolate dalla premessa di base su cui operano.
Tutte le forme di elaborazione classica, che si tratti di un abaco, di un portatile personale o di un cluster di macchine ad alte prestazioni in una struttura di sicurezza nazionale, seguono quella che gli studiosi chiamano logica booleana. In questo sistema, l’unità di base delle informazioni è un bit, che è un oggetto che può assumere uno dei due stati, convenzionalmente indicati come 0 o 1.
Sebbene questo sistema abbia dimostrato di essere altamente efficiente per molti tipi di calcoli, non può eseguire quelli di complessità eccessiva, come la fattorizzazione (scomposizione di un numero intero in un insieme di divisori che, moltiplicati fra loro, danno il numero di partenza) di un numero di mille cifre, il calcolo della dinamica di reazione di una molecola con centinaia di atomi o la risoluzione di determinati tipi di problemi di ottimizzazione comuni in molti campi.
Al contrario, sfruttando la fisica quantistica, il calcolo quantistico non ha gli stessi vincoli. Una lezione della fisica quantistica, sorprendente e controintuitiva, è che le particelle possono esistere in una combinazione simultanea di più stati. Di conseguenza, invece dei bit, con la loro operazione o-o, il calcolo quantistico utilizza un bit quantistico, o qubit, che è un sistema che può essere simultaneamente negli stati 0 e 1.
Questa capacità di entrambi allo stesso tempo, nota come sovrapposizione, conferisce un enorme vantaggio computazionale, che aumenta quando più qubit lavorano insieme.
Mentre un computer classico deve elaborare uno stato dopo l’altro in sequenza, un computer quantistico può esplorare molte possibilità in parallelo.
Immaginate di cercare di trovare il percorso corretto in un labirinto: un computer classico deve provare ogni percorso uno alla volta; un computer quantistico può esplorare più percorsi simultaneamente, il che lo rende ordini di grandezza più veloce per determinati compiti.
Secondo una notizia riportata tempo fa dal Financial Times, il processore quantistico di Google ha effettuato un calcolo iper complesso in 3 minuti e 20 secondi. (https://www.ft.com/content/b9bb4e54-dbc1-11e9-8f9b-77216ebe1f17)
IL più potente computer classico, il Summit della IBM, per effettuare la medesima operazione avrebbe impiegato 10.000 anni.