Computer quantistici: il futuro dell'informatica spiegato in modo semplice

Cosa sono i computer quantistici? Se ne fa un gran parlare ma le definizioni latitano, almeno quelle semplici e in grado di essere comprese da chiunque. E d’altronde siamo nel campo dell’alta, altissima tecnologia, se non addirittura della fisica.

Prendendo come riferimento la sapiente opera divulgatrice di Near Future, hub online dedicato alla tecnologia, sveleremo in parole povere ma esaustive cosa sono i computer quantistici e il ruolo che giocheranno negli anni a venire.

Cosa sono i computer quantistici

I computer quantistici sono computer che sfruttano i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in modo diverso rispetto ai computer tradizionali. Questi ultimi si basano sulla logica binaria, dove i dati sono rappresentati da stati definiti e circoscritti (0 o 1). I computer quantistici, invece, utilizzano più stati in contemporanea, permettendo l'elaborazione simultanea di molteplici possibilità.

Uno dei principali limiti dei computer tradizionali che i sistemi quantistici superano egregiamente riguarda la capacità di risolvere problemi complessi, come quelli che implicano la fattorizzazione di numeri molto grandi o l'ottimizzazione su larga scala.

I computer tradizionali affrontano tali calcoli in modo sequenziale, aumentando drasticamente il tempo di elaborazione man mano che la complessità cresce. I computer quantistici, di contro, e proprio grazie alla loro capacità di analizzare molte soluzioni in parallelo, possono ridurre esponenzialmente il tempo necessario per tali operazioni.

I qubit: il cuore dei computer quantistici

Per comprendere appieno cosa sono i computer quantistici è necessario però partire dal qubit, concetto che è strettamente legato a questi formidabili dispositivi.

Il qubit, anche noto come bit quantistico, è l'unità fondamentale di informazione nei computer quantistici. Mentre nei computer tradizionali i bit possono esistere solo in uno dei due stati (0 o 1), il qubit sfrutta le proprietà della meccanica quantistica per rappresentare simultaneamente entrambi gli stati attraverso la sovrapposizione. Questo significa che un qubit può trovarsi in una combinazione di 0 e 1 nello stesso momento, aumentando notevolmente la capacità di calcolo.

Inoltre, i qubit sono caratterizzati da un fenomeno chiamato entanglement quantistico, che permette a due o più qubit di essere correlati in modo tale che il cambiamento nello stato di uno influenzi istantaneamente l'altro, indipendentemente dalla distanza che li separa. Grazie a queste proprietà, i computer quantistici possono eseguire calcoli molto più complessi rispetto ai computer classici, elaborando molte soluzioni in contemporanea e aumentano la velocità di risoluzione di determinati problemi.

Le applicazioni dei computer quantistici

A giudicare da quanto detto fin qui, sembra essere quasi nel campo della fantascienza. E invece il computer quantistico, almeno dal punto di vista teorico, è già realtà. Soprattutto, è un dispositivo pratico, le cui applicazioni nel mondo reale non mancano. Ecco una panoramica dei settori che verranno toccati, se non addirittura stravolti, dalla diffusione dei computer quantistici.

• Medicina. I computer quantistici possono accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci simulando le interazioni molecolari con maggiore precisione. Inoltre, possono migliorare le diagnosi precoci di malattie complesse come il cancro, elaborando enormi quantità di dati clinici in tempi ridotti.
• Scienza dei materiali. I computer quantistici sono in grado di simulare e prevedere le proprietà di composti chimici a livello atomico. Questo consente la creazione di materiali con caratteristiche innovative, come maggiore resistenza, leggerezza o conduttività.
• Intelligenza artificiale. I sistemi quantistici possono migliorare notevolmente gli algoritmi di apprendimento automatico, riducendo il tempo necessario per addestrare modelli complessi. L'aumento della potenza di calcolo consente di analizzare e interpretare dati su larga scala con maggiore efficienza e accuratezza.
• Crittografia. I computer quantistici hanno il potenziale di rivoluzionare la sicurezza informatica, permettendo lo sviluppo di sistemi di crittografia quantistica estremamente sicuri. Tuttavia, potrebbero anche minacciare i sistemi di crittografia classici, rendendo necessaria l'adozione di nuove soluzioni crittografiche.
• Finanza. Nel settore finanziario, i computer quantistici possono essere utilizzati per ottimizzare i portafogli di investimento, analizzare i rischi in tempo reale e creare modelli più precisi per la previsione dei mercati, migliorando le decisioni aziendali.

Le sfide da superare

I computer quantistici, prima di essere rodati e diffusi, devono superare alcune sfide tecniche non da poco. Ecco le principali.

• Errori di calcolo e correzione degli errori. I computer quantistici sono estremamente sensibili al rumore e alle interferenze esterne, elementi possono causare errori nei calcoli. Lo sviluppo di tecniche efficienti per la correzione degli errori quantistici è dunque essenziale per garantire risultati affidabili.
• Stabilità dei qubit. I qubit devono mantenere il loro stato quantistico per tempi sufficientemente lunghi da completare i calcoli. Attualmente, la decoerenza, ovvero la perdita di coerenza quantistica, è un problema esiziale, poiché limita la durata delle operazioni quantistiche. Migliorare la stabilità dei qubit è fondamentale per l'evoluzione della tecnologia e di conseguenza per la sua diffusione.
• Scalabilità. Per risolvere problemi pratici, è necessario creare computer quantistici con migliaia o milioni di qubit. Tuttavia, scalare i sistemi attuali mantenendo prestazioni stabili e controllabili è una sfida significativa che richiede innovazioni nel design hardware e nella gestione delle risorse. Attualmente, un computer quantistico costerebbe troppo.

Secondo i più esperti, manca poco per superare queste sfide. Qualche anno e ci saremo: i computer quantistici diventeranno non solo del futuro, ma anche del presente.