Un computer quantistico potrebbe aver risolto un problema in pochi minuti che richiederebbe al supercomputer convenzionale più veloce più di 10, 000 anni. Una bozza di un documento dei ricercatori di Google che illustra il risultato trapelata nei giorni scorsi, scatenando una valanga di notizie e speculazioni.

Sebbene la ricerca non sia stata ancora sottoposta a revisione paritaria - la versione finale del documento dovrebbe apparire presto - se tutto dovesse essere verificato rappresenterebbe "il primo calcolo che può essere eseguito solo su un processore quantistico".

Sembra impressionante, ma cosa significa?

Informatica quantistica:le basi

Per capire perché i computer quantistici sono un grosso problema, dobbiamo tornare al convenzionale, o digitale, computer.

Un computer è un dispositivo che riceve un input, esegue una sequenza di istruzioni, e produce un output. In un computer digitale, questi ingressi, le istruzioni e le uscite sono tutte sequenze di 1 e 0 (chiamate singolarmente bit).

Un computer quantistico fa la stessa cosa, ma usa quantistica bit, o qubit. Dove un bit assume solo uno dei due valori (1 o 0), un qubit utilizza la complessa matematica della meccanica quantistica, fornendo un insieme più ricco di possibilità.

Costruire computer quantistici richiede un'ingegneria fenomenale. Devono essere isolati per garantire che nulla interferisca con i delicati stati quantistici dei qubit. Questo è il motivo per cui sono tenuti in camere a vuoto contenenti meno particelle dello spazio esterno, o nei frigoriferi più freddi di qualsiasi altra cosa nell'universo.

Ma allo stesso tempo, hai bisogno di un modo per interagire con i qubit per eseguire le istruzioni su di essi. La difficoltà di questo atto di bilanciamento significa che le dimensioni dei computer quantistici sono cresciute lentamente.

Però, man mano che il numero di qubit collegati tra loro in un computer quantistico cresce, diventa esponenzialmente più complicato imitare il suo comportamento con un computer digitale. L'aggiunta di un singolo qubit al tuo computer quantistico potrebbe raddoppiare il tempo necessario a un computer digitale per eseguire calcoli equivalenti.

Quando si arriva a 53 qubit, ovvero quanti ce ne sono nel chip Sycamore utilizzato dai ricercatori di Google, il computer quantistico può eseguire rapidamente calcoli che richiederebbero migliaia di anni ai nostri più grandi computer digitali (cluster di supercalcolo).

Che cos'è la supremazia quantistica?

I computer quantistici non saranno più veloci dei computer digitali per tutto. Sappiamo che saranno bravi a fattorizzare grandi numeri (che è una cattiva notizia per la sicurezza online) e a simulare alcuni sistemi fisici come molecole complesse (che è una buona notizia per la ricerca medica). Ma in molti casi non avranno alcun vantaggio, e i ricercatori stanno ancora elaborando esattamente quali tipi di calcoli possono accelerare e di quanto.

La supremazia quantistica era il nome dato al punto ipotetico in cui un computer quantistico potrebbe eseguire un calcolo che nessun computer digitale concepibile potrebbe eseguire in un ragionevole lasso di tempo.

I ricercatori di Google ora sembrano aver eseguito un tale calcolo, anche se il calcolo stesso è a prima vista poco interessante.

Il compito è eseguire una sequenza di istruzioni casuali sul computer quantistico, quindi emettere il risultato dell'esame dei suoi qubit. Per un numero sufficiente di istruzioni, questo diventa molto difficile da imitare con un computer digitale.

Computer quantistici utili ancora non in vista

L'idea della supremazia quantistica è popolare perché è una pietra miliare afferrabile, una valuta preziosa nell'area altamente competitiva della ricerca sull'informatica quantistica.

Il risultato di Google è tecnicamente impressionante perché richiedeva la piena programmabilità sul chip da 53 qubit. Ma il compito svolto è stato progettato specificamente per dimostrare la supremazia quantistica, e niente di più. Non è noto se un tale dispositivo possa eseguire altri calcoli che un computer digitale non può fare. In altre parole, questo non segnala l'arrivo dell'informatica quantistica.

Un computer quantistico utilizzabile per tutti gli usi dovrà essere molto più grande. Invece di 53 qubit, ci vorranno milioni. (In senso stretto, richiederà migliaia di qubit quasi privi di errori, ma produrli comporterà milioni di qubit rumorosi come quelli nel dispositivo Google.)

L'onnipresente calcolo quantistico è ancora abbastanza lontano che tentare di prevedere quando accadrà e per quali compiti utili verrà utilizzato alla fine è una ricetta per l'imbarazzo perché la storia ci insegna che le applicazioni impreviste sbocceranno quando sarà disponibile l'accesso a nuovi strumenti.

Un nuovo strumento per la scienza

Da un punto di vista scientifico, il futuro del calcolo quantistico è ora molto più eccitante.

Da una parte, il calcolo quantistico sta affrontando. Allo stesso modo i risultati dei primi computer digitali potevano essere verificati con calcoli manuali, i risultati dei computer quantistici sono stati fino ad ora verificabili dai computer digitali.

Questo non è più il caso. Ma questo è buono, perché ora questi nuovi dispositivi ci danno nuovi strumenti scientifici. Il solo funzionamento di questi dispositivi produce una fisica esotica che non abbiamo mai incontrato in natura. La simulazione della fisica quantistica in questo nuovo regime potrebbe fornire nuove intuizioni in tutte le aree della scienza, dalla comprensione più dettagliata dei processi biologici alla verifica dei possibili effetti che la fisica quantistica ha sullo spaziotempo.

Il calcolo quantistico rappresenta un cambiamento fondamentale che è ora in corso. La cosa più eccitante non è ciò che possiamo fare oggi con un computer quantistico, ma le verità sconosciute che rivelerà domani.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.