Verso il computer del futuro

Straordinariamente più veloci e potenti dei computer attuali, questi calcolatori “probabilistici” (e per ora del tutto ipotetici) presenterebbero, infatti, un unico difetto: sarebbe impossibile sapere con certezza se la singola esecuzione di un programma è destinata a funzionare, e occorrerebbe eseguire il programma più volte fino a ottenere una risposta certa.

In uno studio riportato dalla rivista Nature, Sebastian Maurer e i suoi colleghi hanno illustrato la possibilità di applicare algoritmi simili a quelli che guidano gli investimenti finanziari per far eseguire al computer un “portafoglio” di programmi: abbastanza per ottenere un risultato, ma non così tanti da ottenere inutili ripetizioni di procedure riuscite. Proprio come un portafoglio di investimenti, che distribuisce il rischio assicurando un profitto, anche se modesto.

Ma cos’è un computer quantistico, e in cosa è diverso da quelli che attualmente usiamo?

Prima di tutto, è un computer in cui la miniaturizzazione dei componenti ha raggiunto livelli estremi. Da circa quarant’anni lo sviluppo dei microprocessori segue la legge di Moore, per cui la velocità dei processori raddoppia ogni 18 mesi, e la miniaturizzazione dei componenti procede di pari passo. Non è irrealistico prevedere che nel prossimo decennio si arrivi a componenti logici costituiti da una manciata di atomi.

A questa scala, la materia non obbedisce alle leggi della fisica classica, ma a quelle, ben diverse, della meccanica quantistica. Semplificando, a livello atomico eventi contraddittori possono verificarsi contemporaneamente: per esempio, la stessa particella può trovarsi contemporaneamente in due luoghi distinti. Immaginiamo allora che gli stati di un atomo, o di un fotone, vengano utilizzati per codificare un bit, proprio come nei calcolatori attuali avviene con lo stato di un transistor (carico significa 1, scarico significa 0).

Poiché la meccanica quantistica permette a un atomo o a un fotone di esistere nella sovrapposizione coerente di due stati, un bit quantistico (detto qubit) può essere contemporaneamente nello stato 0 e nello stato 1. In un computer quantistico, quindi, in un registro di tre qubit si possono tenere in memoria in ogni istante otto numeri, laddove con un computer tradizionale sarebbero necessarie otto ripetizioni, o otto computer che lavorano in parallelo. Seguendo questo ragionamento, con una trentina di qubit si eguaglierebbero le performance di un buon PC classico.

Finora, nessuno ha costruito un calcolatore quantistico, ma solo computer tradizionali che ne simulano il funzionamento. Il problema non sono tanto le dimensioni dei componenti, quanto l’alta incidenza di errori: basta un cambiamento accidentale di stato di un singolo fotone per compromettere il calcolo. Proprio per risolvere questo problema gli scienziati di Stanford hanno pensato di investire su più procedure di calcolo, ottenendo comunque un risultato in tempi enormemente ridotti rispetto a un computer tradizionale.