Che cos'è la computazione quantistica

In parole semplici, la computazione quantistica indica l'uso della meccanica quantistica (nota anche come fisica quantistica), cioè ovvero la descrizione del comportamento dei sistemi a livello atomico o subatomico, per aumentare notevolmente la potenza e la velocità di elaborazione dei computer. 

Perché la computazione quantistica è importante?

Ciò che un normale computer farebbe letteralmente in milioni di anni, viene eseguito da un computer quantistico in appena un paio di secondi. Il vantaggio principale della computazione quantistica è quindi l'accelerazione dei processi di elaborazione. In altre parole, rende la normale elaborazione molto più potente. Le applicazioni di un'elaborazione più veloce sono numerose e spaziano da una migliore sicurezza informatica a un miglioramento significativo dell'esperienza del cliente e a qualsiasi altro aspetto che richieda un'elevata potenza di elaborazione per produrre rapidamente un determinato risultato o un determinata risposta.  

La computazione quantistica assume anche un'importanza straordinaria per le potenzialità del machine learning e dell'intelligenza artificiale. Dal momento che i computer quantistici possono eseguire scenari infiniti a un ritmo incredibilmente veloce, possono diventare essenzialmente la migliore versione possibile di se stessi per qualsiasi missione o attività cruciale che venga loro assegnata. 

Come funzionano i computer quantistici?

Mentre i computer classici utilizzano i transistor, che sono 1 o 0, per elaborare le informazioni, i computer quantistici utilizzano i qubit, che possono essere 1 o 0 contemporaneamente. Collegare più transistor aumenta la potenza solo linearmente, mentre collegare i qubit aumenta la potenza dei computer quantistici in modo esponenziale. È questa, dunque, la potenza di un qubit, che è l'unità di base dell'informazione quantistica ed è fondamentale per il funzionamento dei computer quantistici. 

Fatta questa premessa, per capire qual è il valore della computazione quantistica e come funziona si può ricorrere all'immagine della moneta. Ogni moneta ha due facce, o valori: testa o croce. Quando una moneta viene lanciata, trascorre un po' di tempo in aria girando più volte su se stessa e passando continuamente tra i due valori (testa e croce). Un normale computer può leggere solo testa o croce e quindi non può utilizzare in alcun modo le informazioni che la moneta fornisce mentre gira nell'aria. Un computer quantistico, invece, può leggere questo stato di rotazione come un valore a sé stante in cui la moneta è sia testa che croce allo stesso tempo. 

Questo ha potenti implicazioni. Si pensi, ad esempio, a un PIN di quattro cifre che utilizza solo uni e zeri. Per determinare questo PIN, un computer normale, che è in grado di leggere solo gli uni e gli zeri, deve passare in rassegna tutte le possibilità di ciascuno dei quattro slot numerici (cioè 1 o 0) per iniziare a eliminare le possibilità e arrivare infine al valore corretto. Un computer quantistico, invece, può sovrapporre uni e zeri nello stesso spazio e quindi è in grado di esaminare tutte le possibilità contemporaneamente. 

Limiti e sfide della computazione quantistica

Nei quasi 40 anni trascorsi da quando il fisico Richard Feynman propose per la prima volta l'idea di computazione quantistica, gli scienziati informatici hanno compiuto progressi enormi nel comprendere i problemi per i quali potrebbe rivelarsi utile. Tuttavia, c'è ancora molta strada da fare prima che venga compresa e sviluppata a sufficienza per essere effettivamente applicata ai casi d'uso della sicurezza informatica e del machine learning citati sopra.  

Inoltre, anche per attività più semplici come giocare a scacchi, programmare voli aerei e dimostrare teoremi, i computer quantistici, almeno allo stato attuale, risentirebbero di molte delle stesse limitazioni algoritmiche dei computer classici. 

Queste limitazioni si aggiungono alle difficoltà pratiche legate alla costruzione di computer quantistici, come la decoerenza (interazione indesiderata tra un computer quantistico e il suo ambiente, con conseguente introduzione di errori). 

Detto questo, la computazione quantistica è senza dubbio un campo dell'informatica del futuro, una funzionalità al cui sviluppo molti dei migliori informatici del mondo stanno dedicando le loro energie affinché sia possibile compiere un salto di qualità enorme nella potenza di elaborazione dei computer. Non è più una questione di "perché" o "cosa", ma di "quando".