In questo articolo voglio raccontare la storia del computer quantistico, come funziona, e le operazioni pricipali che svolge.
Il computer quantistico è stato ideato all'inizio degl'anni '80 quando il fisico Paul Benioff ne propose il primo modello. Successivamente nel 1994 Peter Shor pubblicò un algoritmo quantistico. Dopodiché non ci furono importanti sviluppi, fino a quando, il 24 ottobre 2019 Google dichiarò che un computer quantistico era stato in grado di compiere un calcolo in soli 200 secondi, al contrario dei supercomputer attuali che avrebbero impiegato 10000 anni. Nonostante ciò un computer quantistico senza errori e senza guasti risulta, ad oggi, ancora un miraggio.
Il funzionamento del computer quantistico si basa su due leggi della meccanica quantistica:
Il principio di sovrapposizione, ovvero la possibilità per le particelle (qubit) di trovarsi contemporaneamente in più stati diversi, permette al qubit di poter valere sia 1 sia 0 simultaneamente, finché il suo stato non viene “letto” e quindi codificato. La sovrapposizione di stati, nella fisica quantistica, rappresenta l’esistenza simultanea di tutti gli stati possibili di una particella, o un’entità fisica prima della sua misurazione. Solo con la misurazione è possibile definire in modo preciso la proprietà del qubit. Questo è uno degli aspetti più critici che ancora non ha reso il computer quantistico disponibile su larga scala. Infatti le particelle sono instabili e la loro misurazione è molto complessa. A ciò va aggiunto il fatto che l’instabilità delle particelle genera calore, che può essere controllato solo con avanzati sistemi di raffreddamento per portare i circuiti vicino al cosiddetto zero assoluto, tramite “ioni intrappolati” o il raffreddamento magnetico.
Ia correlazione quantistica esprime il vincolo che c’è tra due particelle o due qubit: secondo questo principio è possibile conoscere lo stato di una particella (o di un qubit) misurando la particella a cui è vincolata, processo che traslato nell’informatica si traduce con un'accelerazione dei processi di calcolo.
La svolta commerciale di questo particolare tipo di computer è avvenuta grazie a IBM, con l'Ibm Q System One, presentato per la prima al Consumer Electronics Show di Las Vegas nel 2019 (tuttavia per usufruirne bisogna appoggiarsi ad un apposito cloud).
Nell’informatica, per esempio, il calcolo quantistico viene applicato per la rilevare anomalie statistiche, verificare e validare dei software, addestrare delle reti neurali e per classificare dati non strutturati.
Nei servizi finanziari il calcolo quantistico viene sfruttato, tra l’altro, ai fini del rilevamento di instabilità dei mercati, per lo sviluppo di strategie di trading, simulazioni di mercato, ottimizzazione dei portafogli e previsioni finanziarie.
C’è un altro aspetto del computing quantistico che è molto rilevante: quello legato alla sicurezza informatica. Una potenza come quella quantistica richiede di riprogettare i metodi di protezione delle comunicazioni, delle transazioni e di qualunque tipo di trasferimento di dati. Da qui la corsa allo sviluppo di una nuova crittografia quantistica, basata su misure sofisticate come la distribuzione di chiavi quantiche, algoritmi a sicurezza quantistica e generatori di numeri casuali quantici. La quantum cybersecurity sarà la base delle reti di comunicazione quantistica, abbinando alla potenza e velocità anche la sicurezza.
Recentemente Samsung ha presentato un nuovo smartphone dotato di un chip quantistico che ne fornisce la sicurezza tramite una crittografia quantica. Infatti questo chip sviluppato da IDQ è in grado, tramite un led e un'unità CMOS, di generare numeri quantici casuali. Questo smartphone per ora è un esclusiva SK Telecom (compagnia telefonica coreana) ma non è da escludere che possa espandersi in un futuro anche prossimo in tutto il mondo.
Samuele Tonsi