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Il 23 ottobre 2019 Google ha comunicato di avere raggiunto la cosiddetta “supremazia quantistica” grazie a un’invenzione che sa di fantascienza. Di cosa stiamo parlando? Ma del computer quantistico, naturalmente! Conosciamo tutti i dettagli di questa scoperta!

Computer quantistico: la scoperta di Google

Con un testo pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, Google ha dichiarato che il loro processore Sycamore a 54 qubit è stato in grado di eseguire in circa 200 secondi un calcolo che, a un computer normale, avrebbe richiesto circa 10mila anni. Cioè sarebbe stato virtualmente impossibile.

La capacità, dunque, di fare cose che un’altra macchina non sarebbe in grado di fare, viene definita come “supremazia quantistica”.

Ma come funziona, dunque, un computer quantistico?

Principio di funzionamento del computer quantistico

Il computer quantistico si basa sui princìpi della meccanica quantistica: invece dei bit, le unità cardine dell’informatica, ci sono i qubit; invece di considerare tutto come una sequenza di 1 e 0 alternati, un processore quantistico può analizzare gli 1 e gli 0 insieme, nello stesso momento (il famoso paradosso del gatto di Schrödinger).

Se un bit può immagazzinare le informazioni come un 1 oppure uno 0 (un interruttore in un circuito è aperto oppure chiuso), il qubit può tenere conto di entrambi i dati contemporaneamente (1 e 0, aperto e chiuso): banalmente, un qubit ha il doppio di capacità di un bit, ma 4 qubit ne hanno il quadruplo rispetto a 4 bit e così via, in modo esponenziale.

Questo fa sì che un computer quantistico, messo di fronte a un problema (un’equazione molto difficile, per semplificare), sia in grado di trovare la soluzione valutando contemporaneamente più soluzioni differenti.

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Fisicamente, un computer quantistico assomiglia (più o meno) a un supercomputer “normale”, ma dentro è completamente diverso: il cuore non sono i transistor di silicio, ma gli elettroni, che sono in costante movimento e possono appunto assumere stati diversi durante l’esecuzione di una qualsiasi operazione di calcolo.

Nel caso del Sycamore di Google, il processore e i superconduttori per gli elettroni sono realizzati in alluminio, mentre per le altre componenti è stato utilizzato l’indio, un metallo rarissimo e molto malleabile. Il tutto viene mantenuto a una temperatura vicino allo zero assoluto (cioè, intorno ai -273 gradi centigradi): gli elettroni variano il loro stato se sottoposti al calore, che è dunque il nemico numero uno di queste macchine.

Viste le caratteristiche fisiche e soprattutto la potenza spaventosa del nuovo calcolatore, ci troviamo davanti a una “prova di forza” fine a sé stessa oppure c’è già una qualche sua applicazione nel mondo reale?

Applicazioni del computer quantistico

In questo momento i computer quantistici sono utilizzati principalmente nel campo della ricerca. Ma questo non preclude il fatto che in futuro possano trovare altre e, soprattutto, migliori applicazioni.

Si prevede, infatti, che il potere dei computer quantistici consentirà la creazione di nuovi materiali, processi chimici e medicine, fornendo informazioni sulla fisica delle molecole.

I computer quantistici saranno in grado anche di risolvere problemi complessi nell’ambito dell’intelligenza artificiale; a tal proposito, un settore emergente è quello del Quantum Machine Learning. È inoltre molto probabile che in futuro avremo a disposizione delle macchine in grado risolvere problemi in un modo molto simile agli esseri umani.

Come ultima applicazione, ma non meno importante, grazie alle leggi della fisica quantistica, avremo reti di comunicazione più sicure e protette da sistemi di crittografia quantistica.

Il vero potenziale del computer quantistico inizierà a concretizzarsi tra qualche anno, ma già si stanno compiendo progressi significativi in questa direzione. Staremo a vedere cosa ci riserverà il futuro.

Alla prossima!

Maria Gabriella Depalo

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Maria Gabriella Depalo

Mi chiamo Maria Gabriella Depalo, sono nata in piccolo paesino del nord barese affacciato sul mare e sono laureata in Informatica.
Sono la "scienziata" del gruppo e mi dedicherò principalmente ad argomenti di tipo scientifico/tecnologico.
Spero vivamente di riuscire a coinvolgervi tutti nelle mie passioni.
Potete contattarmi scrivendo a: mg.depalo@inchiostrovirtuale.it