• IBM ha presentato al CES 2019 il sistema Q System One, il più recente computer quantico dell'azienda che tutti dicono che si tratta di un'opera d'arte sia nella funzionalità che nell'aspetto (maddapple.com)
Il futuro appartiene ai quanti
Il primo vero computer quantistico sta finalmente per diventare realtà.
di Eniday Staff 05-04-19
13 luglio 1984: una delle massime autorità nel campo della computazione quantistica, lo scienziato David Deutsch, pubblica Quantum Theory. Nel saggio, Deutsch dimostra la fondatezza delle teorie del fisico Richard Feynman, che per primo aveva ipotizzato, un paio di anni prima, la possibilità di realizzare potentissimi computer basati sui principi quantistici.

Da quel giorno sono passati quasi venticinque anni. E adesso – dopo innumerevoli annunci, promesse e prototipi più o meno riusciti – il primo vero computer quantistico sta finalmente per diventare realtà. Lo ha presentato IBM a gennaio, durante il CES di Las Vegas – la più importante fiera tecnologica del mondo – in cui ha finalmente svelato il suo Q System One: il primo computer quantistico per uso commerciale e scientifico, alto 2,8 metri e protetto da una teca di vetro con chiusura ermetica nel centro di calcolo di Poughkeepsie, New York.

Come funziona il computer quantistico
Ma perché è così importante questa innovazione digitale? La ragione sta tutta in tre parole: velocità di calcolo. Dopo anni di crescita impetuosa, seguendo il ritmo delle legge di Moore (secondo cui la velocità dei calcolatori raddoppia ogni 18/24 mesi), oggi il numero di transistor che si possono inserire in un chip sta per raggiungere la soglia massima e per scontrarsi contro un ostacolo difficilmente sormontabile: le leggi della fisica. “I microprocessori più evoluti oggi hanno componenti attorno ai 14 nanometri, più piccoli di alcuni virus”, si legge in un paper pubblicato su Nature.

“Attorno al 2020 arriveremo al limite fisico di 2-3 nanometri, in cui i transistor sono di appena 10 atomi. A quel punto, sarà praticamente impossibile riuscire a governare il loro comportamento”. I transistor, insomma, possono ridurre le loro dimensioni solo fino a un certo punto; dopodiché, inevitabilmente, questo processo deve arrestarsi. Per continuare nell’evoluzione dell’informatica è necessario cambiare strada. Anzi, è necessario rivoluzionare il paradigma che ha sempre retto ogni architettura informatica: il codice binario.

Nella programmazione binaria classica, infatti, ogni bit può presentarsi alternativamente nei valori di 0 e 1. Nei computer quantistici – che seguono il principio di sovrapposizione, secondo cui una particella subatomica può trovarsi in due o più stati contemporaneamente – ogni bit quantistico (noto come qbit) può presentarsi non solo come 0 oppure 1, ma anche in entrambi gli stati allo stesso tempo e addirittura in tutti i suoi valori intermedi contemporaneamente. In questo modo, la velocità di calcolo di un computer può superare enormemente anche quella dei supercomputer (che arrivano fino a 120 milioni di miliardi di operazioni al secondo).


IBM Q System One consente per la prima volta ai computer quantistici superconduttori approssimativi universali di funzionare al di fuori del laboratorio di ricerca.

Per il momento, comunque, il Q System One presentato da IBM non è ancora in grado di battere i supercomputer più potenti del mondo; potendo contare su un processore di soli 20 qbit. Tra qualche anno, però – quando si prevede che questi processori raggiungeranno i 50 qbit – le cose cambieranno drasticamente e una marea di nuove potenzialità si apriranno nel mondo informatico. D’accordo, ma quali potenzialità?

Un esempio, fatto già nel 2014 da uno degli sviluppatori di D-Wave (uno dei primi prototipi quantistici), può chiarire il quadro: “Immaginate di avere solo cinque minuti per trovare uno specifico paragrafo in un libro che si trova in una libreria con 50 milioni di volumi (ovviamente digitalizzati). Con un computer normale, sarebbe una missione impossibile perché può analizzare solo un libro per volta. I computer quantistici, invece, sono in grado di cercare contemporaneamente nei 50 milioni di testi, trovando il paragrafo con grande rapidità”.

I computer quantistici e la scienza
Così come in 50 milioni di libri ci sono un numero incalcolabile di parole, quando si sviluppa un farmaco bisogna valutare una quantità quasi incommensurabile di interazioni tra molecole, proteine e altre componenti; allo scopo di capire se la medicina che si sta progettando potrà curare una malattia o migliorare una determinata condizione fisica. La quantità di combinazioni che deve essere analizzate è tale che, oggi, richiede moltissimo tempo e lavoro. I computer quantistici, però, potranno analizzare il comportamento di molteplici molecole e proteine simultaneamente; ottenendo risultati molto più rapidamente.

Oltre alla medicina, anche la scienza meteorologica verrà trasformata dall’impatto dei computer quantistici. I modelli matematici necessari a fare le previsioni del tempo, infatti, sono estremamente complessi; ragion per cui – nonostante i grandi progressi degli ultimi anni – fare completo affidamento sulle previsioni può giocare brutti scherzi. Per i computer quantistici, analizzare rapidamente tutti i dati necessari a creare nuovi modelli meteorologici sarà molto più semplice; consentendo non solo di avere previsioni del tempo estremamente più accurate e sempre aggiornate, ma anche di studiare in profondità il cambiamento climatico e capire meglio che cosa lo stia influenzando.

I computer quantistici e l’intelligenza artificiale
Il machine learning (l’algoritmo di apprendimento automatico alla base dell’intelligenza artificiale) ha bisogno di analizzare centinaia di migliaia di dati ed essere addestrato anche per settimane allo scopo di imparare, per esempio, a riconoscere un volto. Da questo punto di vista, i computer quantistici non permetteranno solamente di rendere molto più rapida la fase di addestramento, ma anche di migliorare la precisione delle loro stime e di consentire, infine, alle intelligenze artificiale di compiere il prossimo salto evolutivo.

Secondo lo sviluppatore Tim Lynch, infatti, la capacità delle AI di tradurre da una lingua all’altra e di sostenere una conversazione normale con gli esseri umani (due compiti che oggi gli algoritmi di machine learning fanno ancora fatica a sostenere) potranno compiere enormi progressi grazie alla tecnologia quantistica; così come migliorerà la capacità delle intelligenze artificiali di generalizzare e astrarre i concetti (abilità per ora esclusivamente umane). Grazie a questa innovazione tecnologica, insomma, potremo avvicinarci al grande e inquietante obiettivo dell’intelligenza artificiale di livello umano.

I computer quantistici e la cybersicurezza
Nel settore della cybersicurezza, i computer quantistici sono tanto una potenzialità quanto una minaccia. La ragione è semplice: qualsiasi sistema odierno di crittografia diventerà obsoleto. La maggior parte dei sistemi di sicurezza online si basa sul fatto che, per decrittare i codici cifrati, i computer devono consumare tantissima energia e lavorare per molto tempo. Questo, però, non varrà per i computer quantistici, che potranno rapidamente “crackare” qualsiasi protezione. Ma c’è un lato positivo: proprio i computer quantistici permetteranno di sviluppare nuove forme di crittografia e protezione dei dati sensibili. La battaglia tra pirati informatici ed esperti di cybersicurezza, insomma, è destinata a durare ancora a lungo.
  • Rappresentazione dell'accuratezza delle previsioni di vari approcci e modelli in funzione dell'orizzonte temporale delle previsioni, frutto di operazioni complesse (IBM Research)