Il potenziale dell’informatica quantistica è stato salutato come rivoluzionario, in grado di cambiare il modo in cui tutto funziona nel nostro mondo trovando soluzioni esponenzialmente più veloci dei supercomputer più potenti di oggi.
Ma mentre i dirigenti calcolano i potenziali ricavi che il quantum potrebbe generare e i giornalisti si affrettano a trovare modi semplici per spiegare i complessi processi alla base, i fisici quantistici sono diventati sempre più frustrati dalla mancanza di comprensione del loro campo.
“Il calcolo quantistico è in realtà molto diverso dal nostro normale calcolo”, ha detto a Euronews Next il fisico quantistico Shohini Ghose, professore alla Wilfrid Laurier University in Canada.
“Non è solo che questa è una versione più potente di ciò che abbiamo oggi. In realtà è un framework completamente diverso per l’informatica stessa”.
Questo quadro è difficile da spiegare con semplici analogie e parametri di riferimento familiari.
Un computer quantistico non è X volte più potente di un normale computer. Non è il Real Madrid per la squadra di calcio di tuo figlio. Un computer quantistico sta giocando a un gioco completamente diverso.
“Non è vero che un computer quantistico è migliore in ogni compito e in qualche modo accelererà tutto ciò che facciamo”, ha detto Ghose.
“Ci sono compiti molto specifici che un computer quantistico può effettivamente svolgere in modi migliori”.
Comprensione del nuovo framework dell’informatica
Computer normali, da quelli che usiamo al lavoro a quelli da record Supercomputer di frontiera – funzionano convertendo le informazioni in cifre binarie (uno e zero), note come bit. Elaborano lunghe stringhe di questi bit chiamati codice e usano una semplice matematica per dire a quel codice cosa fare.
Un framework di calcolo quantistico si basa su una diversa unità di base di informazioni, chiamata bit quantistico, che opera secondo un principio chiamato sovrapposizione.
“Immagina una situazione in cui il nostro bit non è proprio uno zero e non proprio uno, ma ha una certa probabilità di essere uno zero e una certa probabilità di essere uno”, ha detto Ghose.
“Questo è ciò che chiamiamo una sovrapposizione, ed è ciò che viene descritto come un bit quantico, o qubit”.
Potrebbe sembrare meno preciso, ma Ghose afferma che espande notevolmente i tipi di calcoli che un computer quantistico può risolvere e, in molti casi, aumenta la velocità con cui può raggiungere una soluzione.
“È quasi come passare da due punti – 0 e 1 – in un paesaggio, a poter fluire ovunque nel paesaggio perché qualsiasi combinazione di zero e uno è possibile”, ha detto.
Potenziale rivoluzionario
Quindi, cosa possono fare i computer quantistici meglio dei normali computer?
“Se stai solo scrivendo e-mail, non vedrai un’enorme accelerazione in qualche modo che renderà le tue e-mail più veloci o migliori”, ha detto Ghose.
“Ma quello che potrebbe accadere è che nel back-end, un sistema di crittografia quantistica potrebbe essere in grado di migliorare la sicurezza e la privacy delle tue comunicazioni”.
La crittografia quantistica è un’importante area di ricerca che attinge alla meccanica quantistica per migliorare la sicurezza delle comunicazioni online. Ghose afferma che la crittografia quantistica di back-end potrebbe eventualmente essere presente su tutti i nostri dispositivi.
“Se questo viene fatto in un modo che è davvero privo di errori e progettato perfettamente, è completamente inattaccabile”, ha detto. “Il che significa che per infrangere questa crittografia, dovresti infrangere le leggi della fisica”.
Altre applicazioni dipendono dalla capacità di costruire computer quantistici su larga scala. Questi potrebbero variare dallo sviluppo di prodotti farmaceutici migliori alla costruzione di celle solari migliori e persino di abbigliamento.
Ma per espandere davvero le applicazioni del calcolo quantistico, Ghose afferma che esperti di diversi campi devono essere coinvolti nella ricerca.
“Non devi essere un fisico per far parte di questa nuova rivoluzione dell’informatica quantistica”, ha detto.
“Infatti, più gruppi diversi di persone possono essere coinvolti, più ricco sarà il campo e più sorprendenti saranno i risultati”.
Una lunga strada da percorrere per quantistica
Ci sono ancora molte domande a cui è necessario rispondere prima che il calcolo quantistico possa entrare nel mainstream. Prima di tutto è se sia possibile costruire computer quantistici su larga scala.
“Non è del tutto chiaro se possiamo davvero scalarli, perché nessuno è stato in grado di dimostrare in modo decisivo che mentre costruiamo computer quantistici sempre più grandi, saremo in grado di farlo in un modo sostenibile e scalabile, “Gose ha detto.
I qubit devono essere mantenuti a temperature vicine allo zero assoluto per funzionare, rendendo la gestione del calore un ostacolo importante che gli sviluppatori devono affrontare.
Anche il costo è un problema: la maggior parte delle stime stima il costo di un singolo qubit a circa 10.000 euro, rendendo un utile computer quantistico proibitivo per tutti tranne che per pochi settori.
Ma Ghose afferma che la singola sfida più grande e sconosciuta del calcolo quantistico riguarda gli errori quantistici.
“Parte di ciò che rende potente un computer quantistico è questo particolare fenomeno chiamato entanglement, in cui tutti i diversi bit quantistici parlano tra loro e si connettono in modo tale che iniziano ad agire come un tutt’uno”, ha detto.
“Ma se quei qubit, invece di parlare tra loro, parlano con qualcosa al di fuori del loro spazio informatico, come una particella casuale, possono anche rimanere intrappolati con quelle particelle”.
Per controllare i qubit e impedire loro di interagire con particelle casuali, Ghose afferma che devono essere mantenuti “più freddi dello spazio esterno”.
L’unico modo per farlo attualmente è costruire enormi computer “delle dimensioni di un’intera stanza”, che possano adattarsi a tutto l’hardware, l’elettronica e i sistemi di raffreddamento.
“Dovremo correggere molti errori perché sono molto, molto fragili e anche il minimo errore o rumore distrugge completamente il calcolo”, ha detto Ghose.
“Questo è ciò a cui dobbiamo pensare mentre andiamo avanti, ne vale davvero la pena? E se sì, come lo facciamo in modo responsabile e sostenibile? Non conosco la risposta”.
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