Ciò che fino a qualche anno fa sembrava pura fantascienza sta diventando realtà. Anzi, in parte già lo è: stiamo parlando dei cosiddetti computer quantistici (o quantici). Non ci riferiamo ad una tecnologia di qualche film del genere “Ritorno al futuro” e nemmeno ad una tecnologia aliena. Il quantum computing è un sistema di computazione che trova le proprie fondamenta nella fisica quantistica e che sembra destinato a soppiantare i PC classici che utilizziamo quotidianamente a casa o in ufficio. Secondo gli scienziati, mancherebbe davvero poco: negli ultimi decenni la ricerca ha fatto enormi passi da gigante in questo settore, spinta dalla necessità di superare i limiti dell’informatica tradizionale (quanto a potenza e velocità di calcolo) e rispondere efficacemente alle sfide imposte dalla società moderna, dalla sicurezza alla finanza, fino a toccare la medicina e l’astrofisica. Ma come funzionano esattamente i computer quantistici e quali dovrebbero essere i loro vantaggi? Ve lo spieghiamo in questo articolo.

Quantum computer – Funzionamento
Per capire il funzionamento di un computer quantico bisogna prima avere in mente come funziona un computer convenzionale. Quest’ultimo si basa sul cosiddetto “bit”, attualmente la più piccola unità di dati presente in informatica, che segue una logica puramente binaria: può infatti assumere un solo stato per volta, 0 (On) oppure 1 (Off). I PC quantistici sfruttano invece il “qubit” (Quantum bit), una particella quantistica che può assumere due stati contemporaneamente: questo significa che il qubit può acquisire i valori estremi 0 o 1, ma anche i valori intermedi tra 0 e 1 (secondo il principio della sovrapposizione) a diversi gradi di probabilità, ad esempio 0 al 90% e allo stesso tempo 1 al 10%. Per farvi capire meglio: un computer tradizionale è come una persona in grado di rispondere soltanto sì o no. Un PC quantico sa dire sì, no oppure sì e no insieme (ad esempio, 30% sì e 70% no).

Questo è quello che succede – semplificando molto – a livello teorico. Sul piano pratico cosa vuol dire? Che se i PC attuali possono effettuare calcoli soltanto in successione, i computer del futuro saranno in grado di analizzare più dati allo stesso tempo, prendendo in considerazione tutte le possibilità di calcolo per la risoluzione di un problema simultaneamente, e non più una dopo l’altra. Quindi, i computer quantici non sono altro che dei super calcolatori capaci di gestire moli gigantesche di informazioni in una volta sola, a velocità irraggiungibili con la tecnologia attualmente in uso.

I vantaggi del computer quantistico
Potenza di elaborazione, rapidità di esecuzione e capacità di memorizzazione a livelli “fantascientifici”, impensabili per la tecnologia odierna, sono i grandi vantaggi del quantum computing. Gli effetti, oltre a ricadere nei contesti di utilizzo quotidiani dei sistemi informatici (sia privati che professionali), sono ancora più significativi e impattanti se si ragiona più “in grande”. Pensate, per esempio, alle problematiche attuali in fatto di sicurezza e cybercrime: con i computer quantici si possono elaborare sistemi crittografici altamente complessi e inviolabili, a protezione di qualsiasi tipo di dato sensibile, dai big data di governi e organismi internazionali alle credenziali della nostra carta di credito per i pagamenti online. 

La teoria quantistica può venire in aiuto tutte le volte che si devono risolvere conteggi complessi con numeri composti da milioni di cifre: se con la metodologia tradizionale binaria ci vorrebbero migliaia di anni, con quella quantica sarebbe questione di ore. Un bel risparmio di tempo! Consideriamo anche i progressi che si potranno raggiungere nell’ambito della ricerca scientifica, ad esempio nella medicina e fisica, negli studi sull’intelligenza artificiale o anche nella meteorologia. Ad esempio, la risoluzione di calcoli sfruttando gli stati quantistici della materia consentirà di prevedere con estrema esattezza come sarà il tempo tra un anno, ad un’ora ben precisa di un giorno ben preciso. Non dovremo più programmare le ferie in anticipo con il timore di vedercele poi rovinate dalla pioggia e dal maltempo. Inoltre, sarà possibile ampliare e definire con accuratezza la gamma delle previsioni relative all’andamento dei mercati finanziari mondiali. Viene da pensare all'episodio di "Ritorno al Futuro 2" con Biff, ricordate? Quello in cui consegna l'almanacco sportivo con tutti i risultati delle partite future al suo "io" più giovane, raccomandandosi di tenerlo in cassaforte, nascosto a tutti.

La sfida per la supremazia quantistica 
Il computer quantico è ormai diventato un vero e proprio terreno di sfida a livello internazionale, sul quale si giocano e si scontrano interessi di varia natura. Ci stanno lavorando grandi colossi dell’informatica come Google e Microsoft, istituzioni governative come la NASA, start-up e laboratori di ricerca universitari un po’ in tutto il mondo. A che punto si è arrivati? Esistono al momento delle macchine embrionali, più che altro dei prototipi, in fase di test e di studio e per usi limitati. Si tratta di PC quantici di enormi dimensioni, contenenti solo pochi qubit e con alcune problematiche da risolvere: sono estremamente costosi e devono essere raffreddati ad una temperatura pari allo zero assoluto. Il primo PC quantico è stato realizzato nel 2011 dall’azienda americana D-Wave (che resta l’unica produttrice a livello mondiale) e può essere acquistato alla “modica” cifra di 11 milioni di Euro. Chi non può permettersi questa spesa, ma è curioso di conoscere la nuova tecnologia, può testare il processore quantistico che l’anno scorso IBM ha messo sul suo portale cloud per la sperimentazione da parte di programmatori e ricercatori.

Tutto questo fa ben sperare per il futuro, anche non troppo distante. Quello che ci si aspetta tra qualche decina di anni è che i computer quantistici abbandonino il campo della ricerca pura e semplice per essere prodotti a livello industriale e commercializzati su larga scala. Non resta che aspettare: tra qualche anno i PC lenti e impallati saranno soltanto un lontano ricordo.