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Computer quantistici: la meccanica quantistica a servizio dei PC

Immaginate di avere solo pochi minuti per trovare una X scritta in una pagina all’interno di un libro, in una enorme libreria che conta 50 milioni di volumi. Sarebbe impossibile, ma se si potesse essere in 50 milioni di realtà parallele in ognuna di queste si potrebbe guardare ogni pagina di un differente libro. In una di queste realtà sarebbe quindi sicuramente scovata la X.

Con questo esempio Eric Ladizinsky, co-fondatore della compagnia di quantum computing D-Wave, cerca di spiegare il principio del funzionamento di un computer quantistico.

Dal febbraio del 2016, grandi corporation come IBM, Google, Microsoft, Intel, e anche la startup Rigetti, hanno investito in modo consistente nello sviluppo di questa nuova tecnologia, cercando di migliorarne le prestazioni e di renderla sempre più sostenibile commercialmente. Al momento i suoi benefici sono prevalentemente teorici, poiché i computer quantistici sono ancora privi di processori abbastanza potenti e di una sufficiente stabilità per eseguire lavori utili. Ma allora a cosa servono realmente e perché attraggono tanto interesse?

Negli ultimi dieci anni i nostri PC sono diventati sempre più potenti grazie al processo di miniaturizzazione dei circuiti elettronici. Tale processo ha però un limite: è fisicamente impossibile aumentare la densità dei transistor continuando a ridurre le dimensioni dei chip. Entra in gioco qui la meccanica quantistica, vista come un’opportunità di ripensare l’elaborazione delle informazioni incrementando in modo esponenziale la potenza di calcolo.

I PC attuali utilizzano un’unità binaria, il bit, che codifica le informazioni secondo i due stati di un interruttore (aperto, chiuso) attraverso i valori 1 e 0, noti non solo agli appassionati di Matrix. Il computer quantistico invece elabora i dati attraverso qubit (quantum bit), unità codificate allo stato quantistico in cui si trova una particella o un atomo, che possono assumere contemporaneamente il valore 1 e 0, per altro in una varietà di combinazioni che producono differenti stati quantistici. Una condizione che assume un significato incredibile se si pensa alla progressione matematica: 2 qubit possono avere 4 stati contemporaneamente, 4 qubit hanno 16 stati, 16 qubit hanno 256 stati etc.

Il computer quantistico è in grado di processareā€Š nello stesso momento più soluzioni a un singolo problema anziché svolgere calcoli sequenziali come avviene ora con l’elaborazione elettronica. Ne risulta una velocità di calcolo estremamente maggiore, che consente di affrontare problemi di ottimizzazione che anche le macchine attuali più potenti non sono in grado di risolvere (se non in tempi da età dell’universo).

Vi sono svariati campi nei quali l’applicazione reale dell’elaborazione quantistica potrebbe aprire scenari inaspettati nella gestione della complessità dei dati. Alcuni di questi sono le previsioni meteorologiche e dei cambiamenti climatici, il controllo del traffico, le ricerche farmaceutiche e in particolare l’ambito più vasto dell’Intelligenza artificiale. Sicuramente i computer quantistici favorirebbero la diffusione dell’IA in molti settori del business, potenziando le possibilità del machine learning in modo inimmaginabile rispetto alle soluzioni attuali.