Smontiamo subito un mito: non è affatto detto che i computer di domani debbano per forza essere di tipo quantistico o non piuttosto costruiti implementando e migliorando le tecnologie al silicio usate oggi.

La sfida tra le macchine del futuro è infatti appena iniziata, ma già si prevedono scintille, forse neppure metaforiche.

Sul sito di Nova24, ad esempio, è stata appena presentata la scommessa di Hewlett Packard sui calcolatori di domani: un nuovo paradigma, chiamato “The Machine”, che mescola reti fotoniche e memristori, elementi di circuito la cui memoria si conserva anche in assenza di corrente.

“The Machine” potrebbe diventare un prodotto commerciale al massimo nel 2018, e la sua sperimentazione dovrebbe iniziare il prossimo anno. Hewlett Packard, quindi, punta a ridisegnare le macchine tradizionali, introducendo nuovi concetti basati su modelli di computer classico.

Sul versante opposto, c’è chi invece scommette sull’innovazione radicale costituita dai computer quantistici realizzati non più sfruttando le leggi dell’elettrodinamica classica, ma quelle del mondo dei quanti, a partire dal cosiddetto fenomeno della sovrapposizione degli stati.

E grazie a quest’ultimo fenomeno che i qubit, i bit del mondo quantistico, possono esprimere tutta la loro potenza. La differenza tra i due modelli di macchina si riassume infatti nella capacità dei qubit di assumere contemporaneamente i valori 0 ed 1, senza quindi essere obbligati a scegliere uno solo dei due stati. Questo significa che una macchina quantistica che lavora con due qubit può assumere nello stesso istante ben quattro differenti stati: ossia 00; 01; 10 ed 11.

La differenza rispetto a un computer classico è che mentre quest’ultimo può solo raggiungere i quattro stati uno dopo l’altro, ossia in maniera seriale, quello quantistico li può trattare tutti assieme in parallelo e contemporaneamente. Avere a disposizione circuiti che lavorano in parallelo e non in serie vuole dire poter usufruire di una capacità di calcolo enormemente più grande. Infatti, più si aumenta il numero di bit delle macchine quantistiche, più si raggiungono in teoria capacità computazionali stupefacenti. Si pensi, ad esempio, che un computer che opera a 300 qubit può trattare simultaneamente 2300 valori differenti, ossia opera con un numero di stati superiore alla quantità di atomi presenti nell’Universo.

I computer quantistici sembrerebbero non essere più un sogno . Una società canadese, la D-Wave Systems, nel 2010 ha presentato quello che ha definito essere il primo computer quantistico commerciale: il D-Wave One, funzionante a 128 qubit. Lo scorso anno la stessa società ha costruito il D-Wave Two system, una macchina da 512-qubit.

E’ proprio su questo tipo di calcolatori che si sono concentrate le analisi di un gruppo internazionale di nove fisici, coordinati da Matthias Troyer, dell’Istituto di tecnologia federale elvetico a Zurigo.

I ricercatori, entrando con determinazione nell’arena della battaglia tra computer classici e quantistici, hanno provato a rispondere alla domanda se le macchine funzionanti con i qubit siano davvero più veloci di quelle che utilizzano i “semplici” bit.

Perché la sfida fosse giocata onestamente era necessario affrontare, nelle loro parole, “la questione di come valutare correttamente e rilevare l’accelerazione quantistica”, ossia il vantaggio offerto dai calcolatori basati sulla sovrapposizione degli stati. La tenzone è stata realizzata su specifici problemi matematici utilizzati proprio per valutare la potenza computazionale.

Il 19 giugno i risultati di questa gara sono stati pubblicati online sul sito Science Express della rivista Science. Tra la sorpresa degli esperti, i ricercatori hanno affermato di non avere “trovato evidenza di accelerazione quantistica quando si considerava l’intero insieme di dati”, mentre i risultati emersi lavorando su sottoinsiemi di dati sono stati valutati “inconcludenti”.

In pratica, l’approccio teorico utilizzato per realizzare il computer D-Wave Two non garantirebbe con certezza la desiderata accelerazione quantistica, almeno per quei problemi matematici esaminati. I ricercatori hanno comunque precisato che quanto da loro dimostrato non significa affatto che i computer quantistici non possano essere vantaggiosi quando si affrontano problemi matematici diversi da quelli usati nel loro test. La conclusione a cui giungono, tuttavia, è che quando si parla di qubit occorre sempre tenere presente “la natura sottile della questione dell’accelerazione quantistica”, ossia bisogna davvero agire con prudenza.

La sfida tra mondo classico e quantistico è così destinata a proseguire a lungo, anche perché continuamente migliorano le tecniche di confinamento e manipolazione su singole particelle elettroniche: tecnologie che sono alla base della realizzazione pratica dei computer quantistici e che hanno valso nel 2012 il premio Nobel ai fisici Serge Haroche e David J. Wineland.

Proprio Haroche scriveva sulla rivista “Physics Today”nel 1996, assieme al fisico parigino Jean-Michel Raimond, che sarebbe stato necessario almeno un decennio per poter porre fine alla disputa sulla realizzabilità pratica dei computer quantistici: un obiettivo che vede oggi coinvolti centinaia di fisici in tutto il mondo. Tra questi ricercatori spicca lo stesso Raimond, che sabato 21 giugno “per le sue idee radicalmente innovative sui computer quantistici” è stato insignito a Como del premio Eps Edison Volta: un riconoscimento promosso da Edison e dal Centro di Cultura Scientifica “Alessandro Volta” in collaborazione con la Società Europea di Fisica.

Dai lavori di ricercatori come Troyer, Haroche o Raimond forse un giorno emergerà il verdetto sulla competizione tra computer quantistici o classici. Un verdetto che, qualunque esso sia, non potrà che proclamare, come scrissero nel 1996 gli stessi Haroche e Raimond, vincitrice la scienza, perché le ricerche seguite in questo campo stanno facendo emergere una “fisica stupefacente”, anche se non magari proprio quel computer quantistico a lungo desiderato.