Le Nazioni Unite hanno proclamato il 2025 come Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica. Sebbene i computer quantistici non siano destinati a diventare accessibili al grande pubblico in tempi brevi, le ricerche innovative condotte da organizzazioni e aziende come IBM, Google e QueRa puntano a una significativa evoluzione dei processori quantistici entro il 2030. Tra gli attori principali che operano nel settore dei semiconduttori troviamo Intel, insieme ad aziende australiane come Diraq e SQC. Inoltre, i maggiori sviluppatori di computer quantistici fotonici includono PsiQuantum e Xanadu.
Per illustrare il potenziale trasformativo del calcolo quantistico, si può considerare la presentazione da parte di Google, nel lontano 2019, di un chip quantistico da 54 qubit. Questo chip ha completato un calcolo complesso in circa 200 secondi, un’impresa che avrebbe richiesto a un supercomputer tradizionale circa 10.000 anni.
Più di recente, la Cina ha affermato di aver sviluppato un computer quantistico presumibilmente un milione di volte più veloce di quello di Google. Ricercatori cinesi, utilizzando un computer quantistico D-Wave, sostengono di aver condotto il primo attacco quantistico riuscito contro algoritmi di crittografia comuni, definendolo una “minaccia concreta” per settori come quello bancario e militare, secondo quanto riportato dal SCMP.
Il D-Wave Advantage, progettato inizialmente per scopi non crittografici, è stato impiegato per violare algoritmi SPN, ma non è ancora in grado di decifrare codici di accesso specifici, dimostrando che la minaccia è ancora in fase iniziale. Tuttavia, i ricercatori ammettono che problemi come interferenze ambientali, hardware immaturo e l’incapacità di creare un metodo universale di attacco per diversi sistemi crittografici limitano il potenziale del calcolo quantistico in questo campo.
Nel corso della storia, le nuove tecnologie sono state utilizzate sia per scopi benefici che per scopi dannosi, e il calcolo quantistico non fa eccezione. Sebbene prometta progressi rivoluzionari, porta con sé anche il potenziale per conseguenze devastanti—alcune delle quali verranno esplorate di seguito.
Nel vasto e nebuloso regno dell’informatica quantistica, tre giganti della tecnologia hanno deciso di scatenare una battaglia all’ultimo qubit. Google, Microsoft e Amazon si stanno dando battaglia per la supremazia quantistica, ognuno con la propria visione su come domare l’inafferrabile mondo della meccanica quantistica e trasformarlo in qualcosa di realmente utile. Il risultato? Tre chip quantistici radicalmente diversi, tre approcci che fanno sembrare la fisica dei quanti una sorta di religione esoterica.
Willow: il figlio prediletto di Google
Partiamo da Willow, il nuovo giocattolo di Mountain View. Google ha deciso di continuare sulla strada degli errori. No, non nel senso che sta sbagliando tutto, ma nel senso che sta cercando di ridurli aumentando il numero di qubit. La logica è semplice: se più qubit collaborano, gli errori si neutralizzano a vicenda, o almeno così sperano i ricercatori di Google. Willow è un chip con 105 qubit superconduttori, che è stato messo alla prova con il solito test del campionamento di circuiti casuali. Il risultato? Ha risolto il problema in meno di 5 minuti, mentre un normale supercomputer ci avrebbe messo 10 settilioni di anni, ovvero un tempo superiore all’età dell’Universo. Se non è un buon biglietto da visita questo, non sappiamo cos’altro potrebbe esserlo.
Majorana 1: Microsoft e la fisica sperimentale
Passiamo a Microsoft e il suo Majorana 1, battezzato in onore del genio italiano Ettore Majorana. Qui non si parla di semplici qubit, ma di qubit topologici, roba per intenditori. L’idea è che, grazie a delle strane quasi-particelle chiamate fermioni di Majorana, le informazioni quantistiche possano essere protette in maniera più stabile. Un concetto che suona tanto bello sulla carta quanto difficile da realizzare nella pratica. Microsoft giura che il suo “topoconduttore” riduce drasticamente la sensibilità agli errori, ma, diciamocelo, finché non vedremo un’implementazione funzionante su larga scala, rimane più un esercizio teorico che una rivoluzione industriale.
Ocelot: il felino quantistico di Amazon
Infine, Amazon con il suo Ocelot ha deciso di giocare con la metafora più amata della meccanica quantistica: il gatto di Schrödinger. Il chip di AWS si basa sui cosiddetti cat qubit, che dovrebbero garantire una maggiore stabilità grazie alla sovrapposizione quantistica. L’idea di fondo è che meno qubit servano per la correzione degli errori, rendendo tutto il sistema più efficiente. Una bella promessa, ma se ci insegnano qualcosa gli ultimi anni di hype quantistico, è che la strada tra teoria e pratica è disseminata di ostacoli.
Il problema della scalabilità
Ridurre gli errori è importante, ma il vero nodo da sciogliere è la scalabilità. Come si passa da un prototipo da laboratorio a un computer quantistico che possa realmente competere con quelli classici su larga scala? Google, Microsoft e Amazon stanno investendo miliardi per trovare la risposta, ma non sono gli unici. L’Europa, per esempio, sta puntando sugli ioni e sugli atomi neutri di itterbio, due tecnologie che potrebbero rivelarsi più promettenti dei superconduttori. Insomma, siamo in un periodo di fermento, e il vincitore non è ancora chiaro.
Tabella comparativa dei tre chip quantistici
| Chip | Azienda | Tipo di Qubit | Vantaggi dichiarati | Svantaggi e limiti |
|---|---|---|---|---|
| Willow | Qubit superconduttori | Correzione degli errori migliorata con più qubit | Scalabilità complessa | |
| Majorana 1 | Microsoft | Qubit topologici | Maggiore stabilità teorica | Ancora in fase sperimentale |
| Ocelot | Amazon | Cat qubit | Meno qubit necessari per la correzione degli errori | Affidabilità da dimostrare |
Negli ultimi trent’anni, i ricercatori hanno sviluppato tecniche teoriche che sfruttano numerosi qubit imperfetti o a bassa fedeltà per codificare un “qubit logico” astratto. Questo qubit logico, essendo protetto dagli errori, raggiunge un livello di fedeltà significativamente elevato. Un processore quantistico efficace richiederà l’impiego di numerosi qubit logici. Attualmente, quasi tutti i principali sviluppatori di chip quantistici stanno trasformando queste teorie in realtà, concentrandosi sempre più sui qubit logici. Nel 2024, ricercatori e aziende leader nel campo dell’informatica quantistica hanno fatto passi da gigante nella correzione degli errori quantistici. Tra questi spiccano i progressi di Google, QueRa, IBM e CSIRO.
Nei prossimi anni, i chip quantistici saranno protagonisti di una crescita significativa. La nuova generazione di processori, basata su qubit logici, sarà in grado di affrontare compiti sempre più complessi e utili. Mentre l’hardware quantistico continua a evolversi rapidamente, anche il software e gli algoritmi hanno tratto vantaggio da una ricerca intensiva. Le simulazioni quantistiche condotte su computer tradizionali hanno permesso di sviluppare e ottimizzare algoritmi, preparando il terreno per applicazioni pratiche del calcolo quantistico.
La realizzazione di un computer quantistico su larga scala rappresenta una sfida ambiziosa e richiede progressi coordinati in diversi ambiti: dall’aumento del numero di qubit su un chip alla loro stabilità e fedeltà, passando per la correzione degli errori, fino allo sviluppo di software e algoritmi avanzati. Dopo anni di innovazione e ricerca pionieristica, il 2025 potrebbe segnare un punto di svolta con importanti traguardi in tutte queste aree.