I microprocessori con il turbo quantistico

La prima idea di computer quantico viene esposta da Richard Feynman nel 1982. Quasi trent'anni dopo, il primo computer quantistico viene venduto per 100 milioni di dollari.

Con i computer classici  siamo abituati a pensare in termini di bit. I bit sono i mattoni base dei nostri dati, cifre binarie sempre determinate in modo univoco: 1 o 0, acceso o spento, bianco o nero e così via. L'informatica quantistica, invece, lavora con i qubit: elementi che possono essere (proprio come le particelle quantiche) in stati diversi nel medesimo tempo. Quindi possono essere insieme 1 e 0, insieme acceso e spento.

Un esempio molto simpatico può trovarsi su Wikipedia:

Il bit classico è come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra mostrando inesorabilmente una delle due facce mentre il qubit può essere immaginato 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.

Udite udite, un qubit consente di fare due operazioni (perchè ha due stati sovrapposti); tre qubit ne possono fare otto e così via in maniere esponenziale, perchè ogni qubit vale due, quindi 2^3=8.  Il computer quantistico, per funzionare, deve essere portato alla temperatura critica di 5 mK, vale a dire 5 millesimi di grado al di sopra dello zero assoluto (pari a circa 273,16 gradi Celsius sotto zero). Il suo processore è progettato per operare in coppia con un chip classico che funziona da controllore e interprete e che ne invoca il funzionamento ogni qual volta si presenti un compito che lo richieda.

La domanda ovvia che ora sorgerà in voi lettori sarà: a cosa serve il computer quantistico?

Poco al cittadino medio, ma molto per i centri di ricerca, banche e aziende esigenti. I qubit permettono di trasmettere un numero di informazioni incredibilmente alto: un computer quantistico avrebbe la potenza di calcolo di una dozzina dei più potenti supercomputer del mondo. Grazie a queste potenzialità, le possibilità di applicazione sono numerose. Un esempio sono i codici crittografati, come le trasmissioni bancarie. Con un sistema basato sui qubit, è possibile creare delle chiavi a prova dell'hacker più abile. Ma l'informatica quantistica potrebbe dare una mano anche allo sviluppo dei memristor, circuiti in grado di ricordare il valore della corrente che li ha attraversati, e dei programmi di simulazione di qualunque tipo.

Il processore di Orion

Il primo computer quantistico risale al 20 gennaio 2007: Orion, sviluppato dalla D-Wave Systems, Inc. La compagnia canadese ha sviluppato il dispositivo con processore quantico a 16 qubit (quindi 2^16= 65.536 operazioni!)

D- Wave One

La notizia fresca risale al 20 maggio 2011: la D-Wave mette in commercio il primo computer quantistico a 128 qubit (2^128= 34 con 37 zeri operazioni!) venduto poco dopo per 100 milioni di dollari. Il computer, denominato D-Wave One, è designato per problemi industriali di 500 enti, tra cui  grosse compagnie, governi e accademie. Il processore da 128-qubit è ospitato all'interno di un sistema criogenico protetto. Il tutto occupa 10 metri quadrati.

E' molto ingombrante e mi ricorda le descrizioni delle prime calcolatrici e dei primi computer, i quali occupavano intere stanze. Guardate l'immagine e stupitevi. Fortunatamente dopo decenni, calcolatrici e computer si possono tranquillamente tenere nel palmo della mano o al limite, per i laptop, in una borsa 24ore. Sarà lo stesso per i computer quantistici?
Fonti: Wired, Fantasciena.com, Wikipedia, Dwavesys.com

Questo articolo rappresenta il contributo di Gabriele e Lorenzo Giordano al "Carnevale della Fisica #20".