Chiunque abbia un po’ di dimestichezza con l’argomento e voglia di sperimentare, IBM ha reso il computer quantistico una risorsa cloud accessibile a tutti, tramite la sua IBM Cloud Platform. Bisogna richiedere l’invito, ma è un’occasione veramente unica e senza precedenti, perché fino a oggi solo pochi laboratori al mondo potevano lavorare con un computer quantistico.

A rendere ancora più eccezionale la possibilità, è il fatto che solo alcune grandi aziende ne possiedono uno: IBM, Google, la NASA e pochi altri. IBM, tuttavia, è impegnata direttamente anche nello sviluppo di microchip quantistici, mentre gli altri li comprano da altri fornitori, come ad esempio D-Wave.

Cos’è il computer quantistico?

Alla fine degli anni 70 un gruppo di scienziati americani introdusse per la prima volta il concetto di computer quantistico, il cui funzionamento dovrebbe basarsi sulla meccanica quantistica e le cui applicazioni vengono studiate da una nuova scienza interdisciplinare la Qis (quantum information science) un mix di fisica, informatica e ingegneria. Nel 1994 Peter Shor della At&T giunse ad elaborare un algoritmo per scomporre un numero in fattori primi. Per eseguire la fattorizzazione di un numero di 129 cifre Shor fece lavorare 1600 workstations in parallelo per 8 mesi. Per fattorizzare un numero di 250 cifre un computer tradizionale impiegherebbe 800 mila anni, per un numero di 1000 cifre occorrerebbe un tempo superiore all’età dell’universo. Shor ha mostrato invece che per quest’ultima operazione con un algoritmo quantistico basterebbero pochi milioni di step. Questo tipo di macchina si basa su alcune proprietà quantistiche di atomi (quantum bit) che assumono oltre ai valori 0 e 1 ogni possibile sovrapposizione tra i 2 valori. Governando le interazioni tra quantum bit è possibile avere velocità nelle operazioni di calcolo enormemente maggiori rispetto ad una macchina tradizionale, cioè la gestione della indeterminazione offre potenzialità di calcolo impensabili.

Che differenza c’è tra un computer normale ed uno quantistico?

Se un computer classico deve esaminare un problema che richiede l’effettuazione di un certo numero di verifiche, esso procede in modo seriale. Si pensi ad esempio alla fattorizzazione di un numero intero positivo n . Il computer procede usando il crivello di Eratostene. Anzitutto divide n per 2, poi per 3, e così via fino a dividerlo, se necessario, per [√n ]. È esattamente questa serialità la responsabile della crescita esponenziale del tempo di calcolo. Per contro, se si dispone di un computer quantistico, si può immaginare di usare il principio della sovrapposizione degli stati per evitare di specificare in modo seriale i numeri da 2 a [√n ]. In sostanza, così come il fotone dell’esperimento di Young, se non viene osservato, si trova in una situazione di sovrapposizione di stati nel passaggio da A a B , allo stesso modo possiamo immaginare un computer nel quale, mentre si effettua il calcolo e questo non è disturbato da fattori esterni, l’input sia suscettibile di assumere, allo stesso tempo, una serie di valori numerici, come fosse una variabile anziché un numero. In tal modo, il computer quantistico che dunque lavorerà, piuttosto che con i soli bit con dei bit quantici o qubit , potrebbe riuscire a fattorizzare il numero n procedendo non in modo seriale, ma effettuando una sola operazione di divisione. Questo evidentemente riduce il tempo di calcolo per il crivello di Eratostene, dall’esponenziale al polinomiale.

Per fare un esempio un pò più pratico e semplice, basti pensare che mentre il bit classico è immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra mostrando inesorabilmente una delle due facce, il qubit è immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra continuando a ruotare su sé stessa senza arrestarsi fino a che qualcuno non la schiacci con una mano bloccandone la rotazione e obbligandola finalmente a mostrare una delle sue facce.

L’utilità di un computer quantistico?

Il computer quantistico promette un incredibile salto in avanti nella potenza di calcolo, il che è importante soprattutto con la prospettiva che presto raggiungeremo limiti fisici invalicabili con i processori al silicio. Ma oltre alla ricerca sull’hardware sarà necessario anche software scritto appositamente, perché non si potrà semplicemente applicare la stessa logica booleana che vale per i computer classici. L’iniziativa di IBM ha grandi potenzialità, proprio perché più persone potranno fare esperienza con i (limitati) computer quantistici disponibili oggi, fare esperimenti e approfondire le conoscenze.

Come posso ottenere un computer quantistico?

Chi vuole provare il chip quantistico di IBM non deve far altro che richiedere un invito compilando l’apposito form online a questo indirizzo.