La sfida dei supercomputer

Due giorni fa Ibm ha annunciato la realizzazione del processore quantistico chiamato Eagle, contenente 127 qubit: il doppio del numero di qubit (65) del precedente processore Hummingbird, presentato dall'azienda l'anno passato. Tale annuncio, oltre al fatto di aver superato la soglia simbolica dei 100 qubit per un computer quantistico programmabile, è importante per varie ragioni. In primo luogo perché la potenza di calcolo è immensamente aumentata; per i computer quantistici vale infatti una legge di scala esponenziale, per cui ogni volta che si aggiunge un qubit la potenza di calcolo teorica raddoppia (con due qubit la potenza quadruplica, con tre qubit diventa otto volte più grande). Ne consegue che Ibm, aggiungendo 62 qubit al precedente processore, ha aumentato la potenza di calcolo, almeno in linea teorica, di miliardi e miliardi di volte.

L'aumento esponenziale discende dalle leggi della fisica quantistica, su cui si basano questi computer: mentre l'unità classica di informazione, il bit, può assumere solo il valore 0 oppure il valore 1, l'unità quantistica dell'informazione, il qubit, può esistere anche nella sovrapposizione dei due valori; fatto, questo, che permette di ottenere una maggior potenza di calcolo e conseguentemente dei computer più potenti di quelli classici. Le sovrapposizioni nei qubit sono possibili perché i sistemi quantistici hanno una natura ondulatoria e, come tutte le onde, possono dividersi in due o più parti che possono poi essere sovrapposte.

Quello descritto è il modo in cui la potenza di calcolo aumenta teoricamente; nella realtà le cose sono più complesse, per cui la potenza di calcolo effettivamente raggiungibile dipende da come i qubit sono collegati tra loro, e quindi dalla struttura del processore. Da qui il secondo motivo per cui l'annuncio è rilevante: collegare centinaia di qubit per realizzare un processore quantistico programmabile è un'enorme sfida tecnologica, che richiede le più avanzate tecniche di ingegneria. Essendo gli stati quantistici estremamente fragili, è necessario proteggerli da ogni disturbo, di conseguenza è di fondamentale importanza realizzare un processore che sia per quanto possibile compatto, privo di elementi ridondanti che aumentino il rischio di errori, nonché inserito in un ambiente protetto da agenti esterni. A tal fine sono pertanto necessari refrigeratori all'avanguardia, tecniche avanzate di fabbricazione delle varie componenti e strumenti per la manipolazione dei qubit estremamente accurati.

Ancora più ambiziosamente, l'azienda promette di realizzare entro il prossimo anno un processore con 433 qubit, a cui seguirà uno con 1121 qubit l'anno successivo, con l'obiettivo di arrivare in pochi anni a un milione di qubit. Sono passi da gigante, che promettono di rivoluzionare il mondo della computazione. La strada sarà ancora lunga, perché parallelamente alla costruzione dei computer sarà necessario sviluppare anche programmi utili alla risoluzione di problemi di interesse pratico, che permettano un facile accesso al maggior numero di utenti. Probabilmente non avremo un computer quantistico nelle nostre case, ma avremo (anzi, già ce l'abbiamo) la possibilità di accedervi in remoto tramite internet, per chi fosse interessato a provare l'emozione di risolvere un problema di calcolo (al momento, relativamente semplice) mediante un computer quantistico.

La corsa al computer quantistico è entrata nel vivo: Stati Uniti e Cina si sfidano a colpi di annunci di nuovi record, di cui quello di Ibm è il più recente. Chi vincerà avrà un enorme vantaggio tecnologico sugli altri, con ricadute così grandi da essere difficilmente immaginabili.
 
L'autore è professore di Fisica all'Università degli Studi di Trieste