Di Emanuela Logozzo.
Sarà il punto di svolta per la scienza nella ricerca di computer quantistici più stabili e potenti?
La computazione quantistica
Tutti i computer tradizionali, dai laptop agli smartphone, si basano su un sistema binario di bit[1], che possono assumere solo due valori: 0 o 1. I computer quantistici, invece, introducono un paradigma completamente nuovo, grazie ai qubit[2] (bit quantistici). A differenza dei bit classici, i qubit possono trovarsi in una sovrapposizione di stati, ovvero rappresentare simultaneamente sia 0 che 1.
Per capirlo meglio, McKinsey & Co. ci suggerisce un’ottima metafora[3]:
Lanciate una moneta: uscirà testa o croce, giusto? Sì, ma solo quando tocca terra. Finché è in aria, però, non è né testa né croce, ma una combinazione probabilistica di entrambe.
Questo principio di incertezza è alla base dell’informatica quantistica, anche detta sovrapposizione degli stati.
Questa proprietà permette ai computer quantistici di eseguire calcoli simultaneamente, mentre i computer tradizionali devono seguire un processo sequenziale, eseguendo un’operazione alla volta. Nei calcoli complessi con molte variabili, un computer classico deve ricalcolare tutto ogni volta che una di esse cambia. Un computer quantistico, invece, grazie alla sovrapposizione, può esplorare simultaneamente più soluzioni alternative, aumentando esponenzialmente la sua capacità di elaborazione.
Nonostante la loro straordinaria potenza di calcolo, i computer quantistici sono estremamente sensibili alle interferenze esterne. Per funzionare correttamente, devono essere isolati e mantenuti a temperature estremamente basse, poiché l’interazione con l’ambiente circostante è la principale causa della propagazione di errori nei sistemi quantistici attuali. A causa di questa limitazione, non vengono ancora impiegati per la risoluzione di problemi concreti in ambiti come il cambiamento climatico o la medicina, ma sono utilizzati principalmente per affrontare problemi matematici mirati a testarne l’affidabilità e le prestazioni.
[1] Un Bit (abbreviazione di “binary digit”) è l’unità fondamentale di informazione di un computer classico, la quantità minima di informazione possibile. Può assumere due valori discreti “0” o “1”.
[2] Un QBit (Quantum Bit) è l’unità fondamentale di informazione di un computer quantistico, il QBit può assumere “0” o”1” contemporaneamente per il principio fisico della sovrapposizione degli stati.
[3]What is quantum computing? Tratto da: https://www.mckinsey.com/featured-insights/mckinsey-explainers/what-is-quantum-computing
La possibile scoperta di Microsoft:
Un importante passo avanti in questa direzione è stato fatto da Microsoft con la presentazione del chip Majorana 1, un’innovazione che potrebbe rendere i computer quantistici molto più affidabili ed efficienti, avvicinando sempre di più questa tecnologia al futuro dell’informatica.
Se concretizzata, questa tecnologia prometterebbe di affrontare alcune delle sfide più grandi del nostro tempo, con applicazioni in settori cruciali come l’ambiente, l’agricoltura, la sanità, l’energia, il clima e la scienza dei materiali.
Il chip di Microsoft prende il nome di un fisico italiano: Ettore Majorana uno dei fisici più brillanti del 1900. Si dice che avesse una comprensione così profonda della fisica da anticipare scoperte che ancora oggi sono al centro della ricerca scientifica. Tra le sue teorie, quella delle particelle di Majorana, entità che si comportano come la loro stessa antiparticella. Finora mai state osservate in natura.
Perché il chip Majorana 1 è rivoluzionario?
Per anni, gli scienziati hanno cercato di dimostrare l’esistenza di qubit più stabili e affidabili, e oggi Microsoft sfrutta proprio questo principio.
Microsoft avrebbe trovato una soluzione sviluppando qubit topologici, molto più stabili rispetto ai qubit tradizionali. Questi qubit sfrutterebbero delle “quasi” particella di Majorana che aiuterebbero a proteggerli dagli errori e rende più facile controllarli. Come? Attraverso un meccanismo di “autocorrezione”. Grazie a questa tecnologia, il chip Majorana 1 potrebbe permettere di costruire computer quantistici molto più potenti e pratici, con fino a un milione di qubit su un unico chip delle dimensioni di un palmo della mano.
Il futuro della computazione quantistica: la riduzione degli errori
Con Majorana 1, Microsoft si avvicina all’obiettivo di costruire computer quantistici scalabili e pronti per essere utilizzati nei data center di Azure, la sua piattaforma cloud. Questo significa che in futuro aziende e scienziati potrebbero sfruttare questa potenza per risolvere problemi che oggi sono impossibili da affrontare.
Dunque, come diceva Albert Einstein: “Dio non gioca a dadi con l’universo”. Eppure, con la computazione quantistica, sembra proprio che l’universo abbia trovato un modo straordinario per risolvere problemi con una logica del tutto nuova. Grazie a Majorana 1, Microsoft sta tracciando un percorso in cui il caos quantistico può finalmente essere domato e trasformato in una potente risorsa per il progresso umano.
