Ep. #8 – Computer quantistici e supercomputer: il futuro del calcolo

Cosa sono invece i SuperComputer?

Ma ora entriamo nel futuro con i computer quantistici, che non sono semplicemente versioni più veloci dei supercomputer. Sono qualcosa di completamente diverso. Per capire cosa li rende così speciali, dobbiamo guardare al loro cuore: i qubit.

Mentre nei computer tradizionali l’unità di base è il bit, che può essere solo 0 o 1, nei computer quantistici il qubit può essere 0, 1, o entrambi allo stesso tempo, grazie a un fenomeno della fisica chiamato sovrapposizione. Questo permette ai computer quantistici di eseguire calcoli in parallelo, risolvendo problemi che sarebbero impossibili o richiederebbero anni per i computer normali.

Per spiegare il concetto di sovrapposizione, si cita spesso il gatto di Schrödinger (non Schopenhauer, che era un filosofo!). Nella famosa metafora, un gatto chiuso in una scatola con un meccanismo quantistico è contemporaneamente vivo e morto fino a quando non apriamo la scatola per osservarlo. Allo stesso modo, i qubit esistono in più stati contemporaneamente fino a quando non vengono misurati, momento in cui “collassano” in uno stato specifico.

In sintesi, i computer quantistici e il gatto di Schrödinger condividono il concetto chiave di sovrapposizione, che è alla base delle rivoluzionarie potenzialità del calcolo quantistico.

Un altro fenomeno che rende i computer quantistici così potenti è l’entanglement. Quando due qubit sono entangled, significa che il cambiamento di uno influenza immediatamente l’altro, anche se sono distanti. Questo permette una velocità di elaborazione e di scambio di dati che sembra quasi magica.

L’entanglement è un fenomeno tanto affascinante quanto complesso, che appare sia nel campo della fisica quantistica che in quello dell’astronomia, ma con sfumature diverse. Vediamolo con un paragone.

Nell’astronomia, potremmo pensare all’entanglement spaziale come a una relazione tra due stelle binarie. Queste stelle sono legate gravitazionalmente e il loro movimento è interdipendente: se osserviamo una stella e ne comprendiamo la dinamica, possiamo fare deduzioni su quella a cui è legata, anche se distano anni luce l’una dall’altra. Questo tipo di legame, seppur non quantistico, ci aiuta a immaginare come due oggetti separati possano mantenere una relazione profonda nonostante lo spazio che li divide.

Nei computer quantistici, l’entanglement assume una forma ancora più straordinaria. Due particelle, come due qubit, possono essere “entangled”, cioè collegate in modo che lo stato di una dipenda istantaneamente dallo stato dell’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. Cambiare lo stato di un qubit comporta un cambiamento immediato nell’altro, come se comunicassero istantaneamente. Questa connessione, a differenza di quella delle stelle binarie, non ha bisogno di uno spazio o di un tempo per agire: è immediata e sfida la nostra comprensione classica del mondo.

In sintesi, mentre l’entanglement spaziale in astronomia riguarda relazioni fisiche osservabili a distanza, quello quantistico è un legame profondo e misterioso che trascende le leggi classiche, aprendo la porta a fenomeni che sembrano uscire direttamente da un racconto di fantascienza.

A questo punto dobbiamo chiederci: oggi giorno, per cosa vengono usati i Computer Quantistici?

I computer quantistici non sono ancora pronti per sostituire quelli tradizionali, ma stanno già rivoluzionando settori come la crittoanalisi (decodificare sistemi di sicurezza avanzati), l’ottimizzazione di reti complesse, e persino la progettazione di nuovi materiali.
Ad esempio, grazie a un computer quantistico, possiamo simulare molecole in modi che prima erano impossibili, accelerando la scoperta di nuovi farmaci o materiali rivoluzionari.

Un computer quantistico può costare decine di milioni di euro, a seconda della tecnologia utilizzata e della sua potenza. Attualmente, aziende come Google, IBM e D-Wave sono leader nello sviluppo e nell’utilizzo di questa tecnologia, utilizzandola per applicazioni che spaziano dalla simulazione di molecole alla risoluzione di complessi problemi di ottimizzazione.
In Italia, al momento, dalle informazioni di dominio pubblico,  non ci sono aziende che possiedono direttamente un computer quantistico, ma alcune realtà, come il CINECA e grandi gruppi industriali, collaborano con aziende internazionali per accedere a queste tecnologie avanzate tramite piattaforme cloud.

Mentre i computer quantistici sono ancora in fase sperimentale, i supercomputer sono il nostro presente e continueranno a essere essenziali.

Alcuni dei supercomputer più famosi, come il Fugaku in Giappone o il Summit negli Stati Uniti, sono già utilizzati per risolvere problemi globali, dalla pandemia al cambiamento climatico.