I computer quantistici: la nuova frontiera dell’informatica

I computer quantistici: la nuova frontiera dell’informatica

Una rapida occhiata ai dispositivi che rivoluzioneranno il mondo dei calcolatori elettronici

 

Ogni dispositivo elettronico manipola l’informazione sotto forma di impulsi elettrici, interpretando i segnali elettrici in input come sequenze di “1” e di “0”, i cosiddetti bit. La configurazione dei singoli elementi che compongono il dispositivo permette operazioni elementari come somme e differenze di sequenze di bit, alle quali corrisponde un segnale in uscita che determina un effetto in funzione del dispositivo ricevente. Maggiore è il numero di operazioni che un dispositivo compie in minor tempo, maggiore è la sua potenza: questo avviene, in genere, aumentando il numero di componenti che interagiscono all’interno del dispositivo.

Una legge empirica, la legge di Moore, in sintesi afferma che la potenza di calcolo dei dispositivi elettronici, ovvero il numero di componenti, raddoppia ogni 18 mesi: dal 1959 ad oggi i fatti hanno sempre confermato questa che sembra una tendenza dello stesso sviluppo tecnologico. Tuttavia, pare che un limite di questa legge, ovvero del continuo miglioramento della potenza di calcolo, esista: non sembra possibile continuare a ridurre le dimensioni delle componenti elettroniche poiché raggiunta la scala di grandezza dell’atomo, corrispondente a 10-10 metri, subentrano indesiderati effetti di natura quantistica.

I più moderni microprocessori hanno già dimensioni microscopiche ed ormai sembra raggiunto il limite: ma è veramente così? La risposta la si trova proprio in quella che sembrava essere la barriera che avrebbe fermato il progresso dei dispositivi elettronici: la fisica quantistica. Dall’applicazione delle leggi della fisica quantistica alla produzione di microprocessori, nascono i computer quantistici, calcolatori che potrebbero rivoluzionare il mondo dell’informatica.

Alla base di un computer quantistico non ci sono i classici bit, codificati, ad esempio, dallo stato “aperto” o “chiuso” di un interruttore, bensì i qubit, che sfruttano il fenomeno quantistico della sovrapposizione (superposition), cioè della possibilità che hanno le particelle subatomiche di assumere più stati contemporaneamente. Gli elettroni, ad esempio, oltre a “ruotare” attorno al nucleo, “ruotano” su sé stessi, e si può utilizzare la direzione di rotazione per codificare un 1 o uno 0 in un circuito. Ancora più interessante è il fatto che fino a quando non è osservato direttamente, l’elettrone possiede contemporaneamente entrambi questi stati: dal punto di vista della capacità di calcolo, all’aumentare del numero di componenti quantistiche, il numero di possibili combinazioni che i qubit possono codificare aumenta esponenzialmente e con soli 16 qubit si potrebbero avere contemporaneamente 216 combinazioni di 1 e 0, approssimativamente sessantacinquemila combinazioni.

Riuscire a costruire calcolatori che sfruttino efficacemente i qubit permetterebbe la costruzione di super-computer capaci di gestire enormi quantità di dati e di effettuare simulazioni di strutture complesse come le proteine, i cui risultati potrebbero rivoluzionare la medicina. Tuttora gli unici esemplari di computer quantistici, prodotti dalla società canadese D-Wave, hanno costi molto elevati a fronte di potenza limitata a pochi qubit (al massimo 512) e prestazioni non general purpose. C’è ancora molto lavoro da fare per perfezionare questi dispositivi; tuttavia, il futuro sembra riservare grandi sorprese, e da così grandi sforzi non c’è che aspettarsi grandi risultati.

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