Introduzione ai computer quantistici

Lo scorso autunno, Google ha annunciato di aver raggiunto la supremazia quantistica. Se vi sembra un concetto un po’ astratto e non rilevante per l’utente medio, dovreste ripensarci. Quello che il team di Google ha fatto, in sostanza, è stato utilizzare un computer quantistico per risolvere un problema che avrebbe mandato in tilt anche il supercomputer dei supercomputer. Incredibile, non siete d’accordo?

Inoltre, lo stato del calcolo quantistico ha un’influenza diretta sulla sicurezza dei vostri dati. Dopotutto, molti metodi di cyber security nel mondo digitale si basano non sull’essere impossibili da craccare ma sul non essere craccabili in un ragionevole lasso di tempo. Qui diamo un’occhiata al nuovo “giocattolo” di Google e valutiamo se un giorno dovremo preoccuparci che i criminali informatici usino il calcolo quantistico per entrare nelle nostre vite.

Cos’è un computer quantistico?

La differenza principale tra i computer quantistici e quelli di tipo transistor tradizionale che tutti noi oggi usiamo è il modo in cui gestiscono i dati. I dispositivi che conosciamo bene, dagli smartphone e i portatili al supercomputer Deep Blue per gli scacchi, memorizzano tutto in bit, che è il nome che viene dato alla più piccola unità di informazione. Un bit può assumere uno dei due valori: 0 oppure 1.

Considerate la lampadina: è accesa (1) o spenta (0). Un file su un disco del computer sembra un insieme di lampadine, alcune accese, altre spente. Con queste lampadine a disposizione, potreste codificare informazioni, come la frase “Albert è stato qui” o un’immagine della Gioconda.

Quando un dispositivo a due stati risolve un problema, deve accendere e spegnere continuamente quelle lampadine, scrivendo e cancellando i risultati dei calcoli intermedi per evitare che intasino nella memoria. Questo richiede tempo, quindi se il compito da svolgere è molto complesso, il computer penserà per molto, molto tempo.

I computer quantistici, a differenza dei loro cugini più anziani, memorizzano ed elaborano i dati utilizzando i bit quantistici, o qubit in breve. Questi non solo possono essere accesi e spenti, ma possono anche trovarsi in uno stato transitorio o rimanere accesi e spenti allo stesso tempo. Continuando l’analogia della lampadina, un qubit è come una lampada che avete spento ma che continua a lampeggiare. O come il gatto di Schrödinger, che è considerato simultaneamete sia vivo che morto.

L’accensione e lo spegnimento delle lampadine di un computer quantistico permette di risparmiare una quantità enorme di tempo. Pertanto, un computer quantistico può risolvere problemi complessi molto più velocemente rispetto anche al dispositivo tradizionale più potente. Google sostiene che la sua macchina quantistica, Sycamore, abbia eseguito calcoli in poco più di 3 minuti per i quali un normale supercomputer avrebbe avuto bisongo di oltre 10 mila anni. È qui che entra in gioco il termine “supremazia quantistica“.

I computer quantistici nella vita reale

Abbiamo stabilito che i computer quantistici sono piuttosto precisi quando si tratta di risolvere problemi molto complessi. Allora, perché l’era dei transistor non è già entrata nei libri di storia? Perché la tecnologia quantistica è ancora giovane, e lo stato della “lampadina lampeggiante” è molto instabile, per non parlare del fatto che più qubit contiene un sistema, più difficile è mantenere la stabilità. E la fattibilità di calcoli complessi dipende, tra l’altro, dal numero di qubit: con due lampadine, anche di fascia alta, non disegnerete la Gioconda.

Altri motivi impediscono ai computer quantistici di soppiantare completamente i loro predecessori. Tenete presente che essi elaborano le informazioni in un modo fondamentalmente diverso. Ciò significa che il software per loro deve essere sviluppato da zero. Non si può semplicemente installare Windows su un computer quantistico: occorrerebbero un sistema operativo e applicazioni quantistiche completamente nuovi.

Sebbene gli scienziati e i giganti dell’informatica stiano immergendo le loro dita dei piedi in acque quantiche, per il momento i computer quantistici funzionano all’incirca come gli hard disk esterni, collegati e controllati dai normali computer. Sono usati per risolvere una ristretta gamma di problemi, come la modellazione di un atomo di idrogeno o la ricerca in banche dati. Nonostante la potenza del calcolo quantistico, non è ancora possibile utilizzarlo per andare online e guardare un video di gatti che vanno su uno skateboard.

Tuttavia, molti credono che il futuro appartenga al calcolo quantistico. I primi computer quantistici sono apparsi sul mercato già nel 1999. Oggi, grandi aziende come Google, Honeywell e IBM (quest’ultima offre già ai clienti l’accesso al cloud dal suo computer quantistico), Toshiba, Alibaba e Baidu stanno investendo molto in questo settore.

Tuttavia, vale la pena sottolineare che il compito risolto da Google non ha alcuna utilità pratica, se non quella di dimostrare le capacità del calcolo quantistico. Non ci addentreremo nel dettaglio, perché è davvero molto complesso e poco necessario per un utente comune. Ma se volete addentrarvi nella materia, ptdare un’occhiata al rapporto di Google.

Per inciso, non tutti sono d’accordo con la dichiarazione di Google sui 10 mila anni. IBM, per esempio, è sicura che un supercomputer potrebbe risolvere lo stesso compito, se non in 3 minuti, in non più di 48 ore. Ma comunque, anche se questa stima è più accurata, anche i non matematici noteranno una notevole differenza di velocità tra computer quantistici e tradizionali.

I computer quantistici non sono (ancora) una minaccia

Come si può vedere, i computer quantistici sono ancora per lo più un giocattolo per gli scienziati rispetto ai dispositivi di consumo o agli strumenti degli hacker. Ma questo naturalmente non significa che non diventeranno più pratici (e pericolosi) in futuro. Con questo in mente, gli esperti di sicurezza dati stanno già elaborando piani di battaglia. Ma vi diremo di più la prossima volta.