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![\"Computer](\"http:\/\/computerquantistico.com\/wp-content\/uploads\/2019\/02\/computer-quantistico-300x200.jpg\")
Lo sviluppo dei\u00a0computer quantistici<\/strong>\u00a0affonda le sue origini negli anni \u201980. Fu allora che i ricercatori cominciarono ad intravedere la possibilit\u00e0 di creare un super elaboratore in grado di\u00a0sfruttare le leggi della meccanica e della fisica quantistica<\/strong>\u00a0per oltrepassare finalmente i limiti dei cosiddetti super computer, spalancando di fatto le porte ai nuovi e interessantissimi orizzonti dell\u2019Intelligenza Artificiale<\/strong><\/a>. Ad oggi, sono gi\u00e0 stati creati sistemi avanzati basati su pochi\u00a0qubit<\/strong>\u00a0(bit quantistici), ma la vera sfida di scienziati e ricercatori \u00e8 realizzare computer quantistici basati su migliaia di qubit entro pochi anni. Soltanto questa condizione consentirebbe\u00a0un vero e proprio \u201csalto quantico\u201d nella qualit\u00e0 dei calcoli<\/strong>\u00a0che un computer riesce ad eseguire. In sostanza, stiamo parlando di sistemi contenenti infiniti qubit (e non i bit utilizzati dai computer che conosciamo), capaci di effettuare\u00a0centinaia di migliaia di calcoli al secondo<\/strong>. Gli studi tuttora in corso fanno sapere che ci vorranno almeno dieci anni per raggiungere una maturit\u00e0 tecnologica tale da poter realizzare una macchina di questo genere. A contendersi la partita al momento sono Google, IBM, Intel e Microsoft, ma anche alcuni centri specializzati come quello di Harvard e il MIT (Massachusetts Institute of Technology), che si scontrano con le ingerenze di alcuni studi russi e cinesi. Di recente, anche l\u2019Unione Europea ha finalmente deciso di\u00a0investire nella ricerca<\/strong>, destinando un miliardo di euro per i prossimi dieci anni.<\/p>\nCos\u2019\u00e8 e come \u00e8 fatto un computer quantistico?<\/p>\n
Come funzionano i computer quantistici?<\/p>\n Per il momento, a frenare gli scienziati che stanno lavorando a questi sistemi, \u00e8 stata la\u00a0manipolazione controllata degli atomi e delle particelle<\/strong>\u00a0(finora realizzata con successo soltanto in presenza di pochi qubit ma mai per elaborazioni pi\u00f9 complesse, che necessitano di centinaia o migliaia di qubit). La gestione degli atomi riguarda principalmente la loro comunicazione e connessione. Inoltre,\u00a0\u00e8 fondamentale uno sviluppo parallelo degli algoritmi dedicati<\/strong>. Il funzionamento di questi sistemi avanzati si basa essenzialmente su\u00a0due delle leggi che regolano la meccanica quantistica<\/strong>:<\/p>\n Dal punto di vista puramente pratico,\u00a0il funzionamento dei computer quantistici prevede due approcci fondamentali<\/strong>:<\/p>\n Seguendo tali principi,\u00a0il computer quantistico \u00e8 in grado di sfruttare i qubit per processare calcoli infinitamente complessi<\/strong>, a una velocit\u00e0 che attualmente risulta inimmaginabile (rispetto alle macchine odierne, sarebbero capaci di impiegare\u00a0secondi anzich\u00e9 anni<\/strong>, garantendo risultati nettamente pi\u00f9 affidabili). Come affermato in precedenza,\u00a0esistono ancora molti ostacoli da superare<\/strong>, tra cui la manipolazione corretta delle particelle (particolarmente fragili e volatili, proprio perch\u00e9 soggette a cambiamenti di stato repentini), la creazione di\u00a0infrastrutture hardware adeguate<\/strong>\u00a0(attualmente per il raffreddamento di questi particolari sistemi viene impiegato l\u2019elio e le macchine devono essere conservate in ambienti senza vibrazioni) e lo sviluppo di algoritmi espressamente dedicati al quantum computing.<\/p>\n La storia del computer quantistico<\/p>\n Murray Gell-Mann<\/p>\n Il primo a pensare ad un computer basato sull\u2019uso delle particelle elementari fu\u00a0Murray Gell-Mann<\/strong>\u00a0(cui fu assegnato il premio Nobel per la fisica nel 1969). Il fisico statunitense, nel 1982, aveva gi\u00e0 intravisto la possibilit\u00e0 di sfruttare talune propriet\u00e0 degli atomi per dar vita a una tipologia innovativa di scienza informatica.\u00a0Richard Feynman raccolse le idee di Gell-Mann e introdusse il metodo della sovrapposizione degli stati delle particelle elementari<\/strong>. Tre anni dopo, nel 1985, David Deutsch dimostr\u00f2 l\u2019assoluta validit\u00e0 di queste indicazioni e lavor\u00f2 per metterle in pratica.\u00a0Nel 1998 fu realizzato il primo prototipo di computer quantistico<\/strong>. A rendere realt\u00e0 le intuizioni dei colleghi che l\u2019avevano preceduto fu il fisico\u00a0Bruce Kane<\/strong>, che realizz\u00f2 un elaboratore basato su atomi di fosforo disposti su uno strato di silicio spesso soltanto 25 nanometri. Nel 2001, IBM ha realizzato uno dei primissimi elaboratori quantistici a 7 qubit, mentre nel 2013 \u00e8 stato presentato al pubblico il computer quantistico D-Wave. Nel 2016, dopo che\u00a0IBM ha messo pubblicamente a disposizione il primo computer quantistico in modalit\u00e0 cloud<\/strong>\u00a0(Quantum Experience, dotato di un processore a 5 qubit), il governo cinese ha lanciato in orbita il\u00a0satellite Micius<\/strong>, il primo della storia ad usare standard di comunicazioni quantistiche, avviando di fatto una competizione serrata tra Cina e Stati Uniti. Nel 2017, IBM ha aggiornato i suoi elaboratori quantistici via cloud, dotandoli di\u00a0processori a 16 e a 20 qubit<\/strong>. Il primato di IBM, tuttavia, \u00e8 durato soltanto pochi mesi, poich\u00e9 nel marzo del 2018 a strapparlo all\u2019azienda informatica americana ci ha pensato\u00a0Google, con il suo nuovissimo Quantum AI Lab, dotato di un processore Bristlecone a 72 qubit<\/strong>. Sempre nel marzo del 2018 l\u2019Istituto di Fisica e di Tecnologia di Mosca ha lanciato una nuova affascinante sfida, presentando al mondo intero un articolo relativo agli sviluppi di una\u00a0connessione Internet quantistica ad alta velocit\u00e0<\/strong>, un\u2019innovazione che aprirebbe scenari inimmaginabili.<\/p>\n Gli ambiti interessati: chimica, biologia, farmaceutica e crittografia<\/p>\n Quantum Computing e Blockchain<\/p>\n Le future applicazioni dei computer quantistici cominceranno laddove le macchine tradizionali non sono in grado di arrivare<\/strong>. I computer del prossimo futuro, infatti, puntano a risolvere problemi estremamente complessi, sia definendo simulazioni basate sulle regole della natura, sia velocizzando in maniera esponenziale le operazioni richieste. Scendendo pi\u00f9 nel dettaglio, una delle applicazioni future che pare maggiormente alla portata del\u00a0quantum computing<\/strong>\u00a0sembra essere quella relativa al\u00a0settore chimico-biologico<\/strong>. In questo caso, le simulazioni possono essere utili per comprendere meglio le possibili interazioni tra le molecole da impiegare nello sviluppo dei farmaci. In futuro, potremmo produrre in maniera pi\u00f9 efficiente e aderente alle nostre esigenze prodotti quali\u00a0medicinali<\/strong>\u00a0e concimi. E per ottenere quanto appena detto potrebbero bastare processori costituiti da 100\/200 qubit. Oggi, le macchine pi\u00f9 evolute ed affidabili raggiungono i 70-75 qubit. Qualora si riuscissero a creare computer quantistici animati da migliaia di qubit, potremmo accedere a simulazioni e informazioni sempre pi\u00f9 complesse e, quindi, ad ulteriori\u00a0applicazioni in grado di abbracciare un gran numero di settori diversi<\/strong>. L\u2019altro campo interessato dalle sperimentazioni \u00e8 la\u00a0crittografia<\/strong>, ovvero la tecnologia che consente di cifrare i messaggi rendendoli incomprensibili a tutti coloro che non sono in possesso delle chiavi che permettono di renderli leggibili.<\/p>\n Oltre che per cifrare meglio le proprie informazioni,\u00a0i computer quantistici potrebbero essere anche lo strumento per svelare e decifrare i messaggi di eventuali vittime o avversari. In teoria, con questi sistemi sarebbe possibile persino \u201cbucare\u201d una blockchain, oggi praticamente inattaccabili con i computer tradizionali<\/strong>. Al momento, soltanto i governi e le pi\u00f9 importanti aziende di ricerca hanno accesso ad applicazioni di questo tipo, ma \u00e8 ovvio che nel prossimo futuro andr\u00e0 messa in piedi anche una discussione relativa al tema delle competenze, onde evitare spiacevoli inconvenienti.<\/p>\n I computer quantistici di IBM e Google<\/p>\n![\"Bit](\"http:\/\/computerquantistico.com\/wp-content\/uploads\/2019\/02\/bit-e-qubit-300x267.png\")
Tutti i computer che usiamo si basano sulla\u00a0logica binaria<\/strong>. Ogni unit\u00e0 (il bit) prevede due possibilit\u00e0 di scelta (0 e 1) e tutte le informazioni offerte (pi\u00f9 o meno complesse) vengono elaborate con una stringa di valori composta da tanti 0 e 1.\u00a0Questo non \u00e8 il caso del computer quantistico, che punta a sfruttare le diverse propriet\u00e0 della fisica e della meccanica quantistica<\/strong>, consentendo al sistema di ragionare in maniera profondamente diversa dai computer precedenti e, quindi, non lineare.\u00a0Il bit, infatti, \u00e8 stato sostituito con il qubit, in grado di analizzare qualsiasi query o problema in maniera simultanea, anzich\u00e9 binaria<\/strong>. Il computer quantistico, pertanto, non funziona in parallelo e la sua rapidit\u00e0 non dipende da una mera questione di potenza, ma \u00e8 legata semplicemente a un\u00a0modo totalmente nuovo di elaborare le informazioni<\/strong>. Se gli attuali computer seguono le regole della fisica classica, questo non \u00e8 il caso dei computer quantistici, i quali grazie alla fisica quantistica sarebbero in grado di processare informazioni che con gli attuali sistemi richiederebbero migliaia di anni. Non si tratta di una tecnologia che dar\u00e0 vantaggi in ogni ambito, motivo per il quale i computer tradizionali non verranno accantonati. Ci\u00f2 nonostante, questo nuovo approccio lascia intravedere\u00a0possibilit\u00e0 di applicazione enormi<\/strong>\u00a0e, gi\u00e0 attualmente, esistono settori nei quali il salto sembra molto interessante. Tra questi la chimica, la fisica, la farmaceutica e la crittografia. Per adesso, queste macchine sono ancora in fase embrionale, soprattutto dal punto di vista dell\u2019hardware. Malgrado gli investimenti effettuati negli ultimi anni da molte aziende attive nel settore informatico, la sperimentazione procede ancora a tentoni. Il motivo principale sta nella\u00a0mancanza degli standard<\/strong>\u00a0e, soprattutto, nella scarsit\u00e0 di specialisti in grado di lavorarvi, essendo questi poche centinaia in tutto il mondo. Per capire come la scienza sia arrivata alla realizzazione dei computer quantistici \u00e8 necessario tirare in ballo la\u00a0Legge di Moore<\/strong>\u00a0e la miniaturizzazione dei circuiti: a partire dagli anni \u201960, si \u00e8 assistito a un miglioramento progressivo della potenza di calcolo dei Pc, incremento legato a doppio filo con la parallela e costante miniaturizzazione dei circuiti elettronici da cui deriva anche la celebre Legge di Moore.\u00a0Secondo questa regola, la complessit\u00e0 dei microcircuiti, misurata attraverso il numero di transistor presenti in un chip (il processore) e la conseguente velocit\u00e0 di calcolo, raddoppiano ogni 18 mesi<\/strong>. Tuttavia, questa legge oggi non risulta quasi pi\u00f9 applicabile e il motivo principale sta nel\u00a0raggiungimento dei limiti imposti dalla meccanica<\/strong>, che rendono molto pi\u00f9 difficile che in passato proseguire sulla strada della miniaturizzazione. Limite questo, che in un certo senso ha spalancato le porte a un\u00a0netto cambio di paradigma<\/strong>, basato sulla necessit\u00e0 di sfruttare le potenzialit\u00e0 della meccanica e della fisica quantistica, allo scopo di raggiungere una maggior potenza e fluidit\u00e0 di calcolo.\u00a0Ed ecco che i bit sono stati sostituiti dai qubit<\/strong>, non codificati medianti i simboli 1 e 0, ma relativi allo stato quantistico in cui si trovano le particelle o gli atomi impiegati. Questi ultimi\u00a0possono avere contemporaneamente valore 1 e 0<\/strong>, tra l\u2019altro in una variet\u00e0 di combinazioni tali da produrre milioni di stati quantistici differenti. Una condizione che assume significati vastissimi se pensata in relazione alla progressione matematica:\u00a02 qubit possono avere ben 4 stati contemporaneamente, 4 qubit corrispondono a 16 stati, 16 qubit a 256 stati e cos\u00ec via<\/strong>\u00a0fino a quantit\u00e0 che nessuno strumento elettronico attuale \u00e8 in grado di immaginare. Grazie a questi sistemi le capacit\u00e0 di codifica si amplierebbero talmente tanto da poter processare informazioni estremamente complesse, come quelle che regolano l\u2019Intelligenza Artificiale<\/strong>. In poche parole, un computer quantistico sarebbe capace di elaborare nello stesso momento, in virt\u00f9 delle sue capacit\u00e0 di calcolo parallelo, diverse soluzioni per un singolo problema, anzich\u00e9 semplici calcoli sequenziali come avviene attualmente per i pc tradizionali.<\/p>\n\n
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