Computer quantistico: la ricetta per il dominio dei dati
I dati sono l’oro nero del nuovo millennio, il petrolio digitale che alimenta la nostra società. La diffusione di questo carburante cresce però ad un ritmo molto veloce, tanto da rischiare di diventare insostenibile da qui a pochi anni.
I sistemi di calcolo ad alta prestazione (HPC) di cui oggi disponiamo non sono sufficientemente potenti per elaborare una tale mole di dati in tempi brevi. Come risolvere allora il problema della gestione dei dati senza che la situazione ci sfugga di mano?
Ci vorrebbe una ricetta segreta, un’invenzione da film di fantascienza che permetta di trasformare il petrolio grezzo dei dati velocemente e in grandi quantità. E in effetti quell’invenzione esiste già: si chiama computer quantistico.
In questo articolo ti spighiamo nel dettaglio cos’è e come funziona un computer quantistico, quali sono le sue potenzialità, a che punto è il suo sviluppo e come potrebbe cambiare per sempre il futuro della tecnologia.
Cosa troverai:
Cos’è e come funziona un Computer quantistico?
Il modo migliore per comprendere come funziona un computer quantistico è paragonarlo con un computer tradizionale: nella differenza tra questi due strumenti troviamo infatti l’ingrediente segreto che potrebbe rivoluzionare il mondo dell’informatica.
Se i computer tradizionali organizzano ed elaborano le informazioni tramite i bit, i computer quantistici si basano su bit quantistici: i Qubit. Si tratta di particelle subatomiche che funzionano sfruttando le proprietà della meccanica quantistica.
Nel dettaglio, queste particelle (fotoni ed elettroni) sono in grado di rappresentare i valori del linguaggio computazionale (zero e uno) contemporaneamente, laddove i classici bit si limitano a rappresentare un solo valore alla volta (o zero, o uno).
Questa sovrapposizione permette al computer quantistico di processare simultaneamente più soluzioni a uno stesso problema (calcolo parallelo), guadagnando in termini di velocità e potenza rispetto a un computer tradizionale.
Computer quantistico: limiti e potenzialità
Ma (c’è sempre un ma) in questa ricetta troviamo anche una punta di amaro: i Qubit sono tanto potenti quanto delicati. Qualsiasi tipo di interferenza o manipolazione, anche minima, può interrompere il loro stato di sovrapposizione e farli degradare, rovinando il loro equilibrio.
Il problema è quindi riuscire a garantire una certa stabilità e durata alle prestazioni dei Qubit. Ma non è l’unico: un funzionamento diverso richiede un linguaggio di programmazione e dei software diversi da quelli comuni, settori ancora poco sviluppati.
Bisogna poi considerare i costi di gestione e manutenzione dei computer quantistici: strutture che necessitano di un sistema di raffreddamento in grado di raggiungere lo zero termico assoluto. Insomma, non la situazione migliore per costruire sistemi di calcolo su larga scala
Ipotizzando di riuscire a superare tutti questi ostacoli le implicazioni positive sarebbero rivoluzionarie: dall’applicazione nel campo della crittografia, dove il computer quantistico rappresenterebbe una vera svolta, alla risoluzione di problemi di calcolo prima irrisolvibili.
Proprio quest’ultima capacità sarebbe la condizione necessaria per arrivare a quello che gli studiosi Daniel Lidar e Jie Wang definiscono vantaggio quantistico pratico, obbiettivo dai risvolti cruciali per questa tecnologia, come spiega bene un articolo di Wired Italia.
Computer quantistici e HPC: un futuro sempre più ibrido
Come riuscire allora a superare i problemi che la meccanica quantistica porta con sé e tenerci solo il buono di questa affascinante ma complessa tecnologia? Il troppo stroppia si sa, e forse il segreto per questa ricetta sta nel dosare bene gli ingredienti:
Se è vero che l’estensione del computer quantistico su larga scala potrebbe implicare una vera e propria rivoluzione in molti campi, è vero anche che la sua modalità di lavoro non si adatterebbe a qualunque applicazione, lasciando ancora spazio ai computer tradizionali.
Ecco allora che l’obbiettivo non è tanto la sostituzione del computing classico con quello quantistico, ma piuttosto un’ibridazione dei due sistemi in grado di sfruttare al massimo potenziale di entrambi.
All’atto pratico questo si traduce nella simulazione dei meccanismi dei computer quantistici all’interno di sistemi di calcolo ad alte prestazioni HPC (i nostri attuali supercomputer), così da combinare i due tipi di macchine potenziandole e ampliando il loro raggio di azione.
Sviluppo: come siamo messi in Europa?
Ed è proprio quello che sta accadendo in Europa: se per il momento l’idea di espandere la tecnologia quantistica su larga scala risulta irrealizzabile, si stima che la realizzazione di sistemi HPC supererà i trecentocinquanta miliardi di dollari nel 2030.
Ecco perché l’Unione Europea ha stipulato l’EuroHPC JU, un patto che si pone un duplice obbiettivo: sviluppare un’infrastruttura di supercalcolo distribuita su tutto il territorio UE e contemporaneamente dotarla di uno spazio di ricerca e sviluppo quantistico.
Come? con l’installazione di sei computer quantistici in sei diversi stati membri, annunciata nel 2022. Anche l'Italia farà la sua parte in questo progetto, integrando il sistema EuroQcs nel supercomputer Leonardo, al Tecnopolo di Bologna.
Anche i privati danno il loro contributo. Proprio quest’anno, nel 2024, sarà ufficialmente operativo in Germania il primo data center quantistico in Europa, finanziato da IBM. Il sistema permetterà ad aziende, governi e istituti di ricerca di usufruire di un sistema quantistico all’avanguardia.
Insomma, l’impegno di istituzioni e aziende dimostra che, anche se c’è ancora molto su cui lavorare, in pochi anni il computer quantistico potrebbe davvero rivoluzionare l’informatica in modi che nemmeno immaginiamo. Non ci resta che aspettare per scoprire cosa bolle in pentola.