L'informatica quantistica sta vivendo un momento di gloria. Ma la tecnologia rimane futuristica.

Non ha lo stesso entusiasmo dell'intelligenza artificiale, ma l'informatica quantistica sta vivendo un momento di gloria tutto suo.

Alcune delle istituzioni più potenti al mondo, tra cui Google , Microsoft , Amazzone , IBM e il governo degli Stati Uniti stanno spendendo milioni di dollari in una corsa per sviluppare e costruire il primo computer quantistico pratico.

Secondo un rapporto di McKinsey & Co. , lo scorso anno le startup incentrate sulla tecnologia quantistica hanno attirato circa 2 miliardi di dollari, poiché gli investitori si sono riversati in un settore che potrebbe raggiungere un fatturato di quasi 100 miliardi di dollari entro un decennio.

Tuttavia, oggi non c'è molto business. In totale, le aziende di informatica quantistica hanno generato meno di 750 milioni di dollari di fatturato nel 2024, secondo lo stesso rapporto.

Ma sempre più spesso sentiamo parlare di una grande svolta.

Lo scorso anno, Microsoft ha presentato il suo primo chip quantistico, i dirigenti di Google hanno affermato che la tecnologia potrebbe essere disponibile tra soli cinque anni, Amazon ha presentato il suo processore quantistico con correzione degli errori e IBM ha illustrato il suo piano per costruire un computer quantistico significativo entro il 2029.

A loro si uniscono decine di aziende più piccole e università che lavorano sulla matematica di base, sul software o sul potenziale modello di business. Alcune aziende sono persino quotate in borsa e possono vedere le loro azioni salire o crollare in base a una serie di notizie.

A gennaio, Nvidia Il CEO Jensen Huang ha fatto vacillare i titoli del settore dell'informatica quantistica quando ha affermato che 15 anni erano "un po' pochi" per valutare quanto tempo ci sarebbe voluto prima che l'informatica quantistica diventasse utile. All'epoca, aveva affermato che 20 anni erano un lasso di tempo che "un sacco di noi avrebbe creduto".

Due mesi dopo, ha ritrattato le sue affermazioni, esprimendo però anche sorpresa per il fatto che avessero spostato i mercati, o che ci fossero addirittura mercati da spostare.

"Come può un'azienda di computer quantistici essere quotata in borsa?", si è chiesto Huang a marzo.

Al momento, i computer quantistici non possono fare nulla di utile. Sono puramente per la ricerca.

Ma la promessa è chiara. Se la tecnologia funziona, può elaborare determinati tipi di numeri e svolgere compiti attualmente impossibili su un computer tradizionale, o che richiederebbero così tanto tempo che l'universo finirebbe prima di essere completati.

Per immaginare un computer quantistico, bisogna cambiare radicalmente il modo in cui si considera il concetto di elaborazione dati.

Un computer tradizionale funziona perché ci sono miliardi di transistor su ogni chip. Questi transistor possono essere uno o zero, accesi o spenti. In grandi quantità, i transistor possono rappresentare quasi ogni numero, fare riferimento a parti della memoria del sistema ed eseguire calcoli aritmetici. È così che funziona ogni computer al mondo oggi.

In un computer quantistico, il sistema utilizza qubit invece di transistor. È molto più complicato di un sistema di 1 e 0. L'attivazione o la disattivazione dei qubit è determinata dalla meccanica quantistica, e tutti i qubit sono "entangled", il che significa che una variazione in uno influenza la probabilità degli altri.

Far funzionare i qubit può richiedere infrastrutture significative. Ad esempio, alcuni computer quantistici devono essere utilizzati a temperature molto basse, prossime allo zero assoluto.

Finora, molte delle applicazioni della fisica quantistica hanno a che fare con la simulazione della chimica e della fisica.

"I computer quantistici non saranno la scelta ideale per ogni applicazione, e va bene così", ha affermato Krysta Svore, vicepresidente dello sviluppo quantistico avanzato di Microsoft. "Anche se utilizzassimo i computer quantistici solo per la scienza dei materiali e la chimica, il 96% dei prodotti manifatturieri mondiali si basa sulla chimica e sulla scienza dei materiali."

Esiste un utilizzo ben noto del calcolo quantistico oggi: la crittografia. Ecco perché il governo degli Stati Uniti e altri in tutto il mondo stanno monitorando attentamente lo sviluppo di questa tecnologia. È importante per la difesa nazionale.

"Il timore è che i computer quantistici riescano a decifrare i nostri segreti digitali", ha affermato John Young, responsabile operativo della divisione americana di Quantum eMotion, un'azienda di sicurezza quantistica.

Attualmente, la maggior parte delle password, dei messaggi di WhatsApp, delle transazioni finanziarie e di altri messaggi importanti sono crittografati, il che significa che sono criptati e non possono essere letti in caso di furto o furto. Ma i computer quantistici saranno in grado di fattorizzare i numeri rapidamente, il che potrebbe consentire ad hacker o altri aggressori di trovare in modo efficiente i codici necessari per decifrare segreti importanti.

I ricercatori di sicurezza temono quello che chiamano Q-Day , ovvero il giorno in cui verrà creato un computer quantistico efficiente. Prevedono il caos quando password e crittografia inizieranno misteriosamente a fallire.

"Oltre ai suoi potenziali benefici, l'informatica quantistica pone anche rischi significativi per la sicurezza economica e nazionale degli Stati Uniti", ha dichiarato la Casa Bianca di Biden nel 2022, in un promemoria sulla sicurezza nazionale . Un computer quantistico crittograficamente rilevante "potrebbe mettere a repentaglio le comunicazioni civili e militari, minare i sistemi di supervisione e controllo delle infrastrutture critiche e violare i protocolli di sicurezza per la maggior parte delle transazioni finanziarie basate su Internet", si legge nel promemoria.

Non esiste alcuna applicazione pratica o algoritmo eseguibile su un computer quantistico che non possa essere oggi realizzato su un normale computer digitale basato sul silicio.

Tuttavia, diversi gruppi affermano di aver dimostrato la "supremazia quantistica", il che indica di aver risolto su un computer quantistico un problema che avrebbe richiesto molto più tempo con un computer tradizionale. Le azioni erano tutte astratte.

Google è stata la prima a dichiarare la supremazia quantistica nel 2019, descrivendo il risultato del suo computer quantistico come un " punto di riferimento ". Il compito svolto si chiama campionamento casuale di circuiti, utilizzato fondamentalmente solo per testare i computer quantistici.

Google afferma che i ricercatori hanno dato a un computer istruzioni casuali per rendere un problema il più complesso possibile secondo la meccanica quantistica. I suoi ricercatori sono stati quindi in grado di dimostrare che un computer quantistico è più veloce nel decifrare il problema quantistico. L'anno scorso, Google ha affermato che il suo nuovo e più veloce computer quantistico Sycamore aveva colmato il divario prestazionale.

Per quanto riguarda le future applicazioni nel mondo reale, la maggior parte del potenziale dei computer quantistici risiede nei settori della medicina, della chimica e della ricerca sui materiali.

Google punta alla scoperta di farmaci o alla scoperta di molecole che potrebbero essere utili per la medicina. Afferma inoltre che i computer quantistici saranno in grado di svolgere le attività scientifiche necessarie per commercializzare l'energia da fusione.

Quando Microsoft ha annunciato il suo primo chip quantistico a febbraio, l'azienda ha evidenziato problemi di chimica e scienza dei materiali, come il motivo per cui alcuni materiali si corrodono o come compostare la plastica.

C'è anche un certo ottimismo sul fatto che i computer quantistici saranno adatti a generare dati di addestramento per applicazioni di intelligenza artificiale, soprattutto per situazioni o problemi con un numero enorme di potenziali soluzioni.

Un ricercatore di Google gestisce una pagina web che cataloga molti degli algoritmi quantistici più importanti.

Il più famoso è l'algoritmo di Shor , che ha dimostrato che un computer quantistico sarebbe in grado di trovare i fattori primi di un numero grande molto più velocemente di quanto sia attualmente possibile su un computer digitale.

Quando l'algoritmo fu scoperto nel 1994, suscitò preoccupazione tra gli eserciti di tutto il mondo. Molti di loro utilizzano un metodo di crittografia chiamato RSA, che richiede che il processo di fattorizzazione di numeri di grandi dimensioni sia complesso per mantenere la riservatezza dei dati.

Il timore è che un computer quantistico possa consentire a un avversario come la Cina di decodificare rapidamente i messaggi militari statunitensi o le transazioni bancarie dei consumatori.

"Senza un'efficace mitigazione, l'impatto dell'uso avversario di un computer quantistico potrebbe essere devastante per [i sistemi di sicurezza nazionale] e per la nostra nazione", ha affermato il Pentagono nel 2021 .

Microsoft ha riconosciuto il fattore sicurezza nazionale e ha addirittura inquadrato la sicurezza quantistica come una corsa contro la Cina.

"Sebbene la maggior parte creda che gli Stati Uniti mantengano ancora la posizione di leadership, non possiamo permetterci di escludere la possibilità di una sorpresa strategica o che la Cina possa già essere alla pari con gli Stati Uniti", ha scritto il presidente di Microsoft, Brad Smith, in un post sul blog ad aprile.

Il governo ha guidato un'iniziativa per spostare la crittografia verso i cosiddetti metodi post-quantistici, che non possono essere violati da un computer quantistico. Aziende come Apple hanno già iniziato a integrare la crittografia post-quantistica nei propri servizi come iMessage .

Ma le comunicazioni passate possono ancora contenere segreti. Le agenzie di intelligence e altri hacker spesso raccolgono dati criptati nella speranza che un giorno possano essere decifrati.

Per ora, gran parte del lavoro in ambito quantistico è ancora piuttosto accademico.

Oggi la maggior parte delle aziende produttrici di hardware all'avanguardia sta lavorando sulla "correzione degli errori", ovvero su una serie di metodi volti a ridurre il numero di errori e a renderli meno dannosi quando si verificano.

Nei computer quantistici odierni, i qubit falliscono fino a 1 volta su 1.000 quando vengono utilizzati, secondo i ricercatori Microsoft. La scorsa settimana Microsoft ha dichiarato di essere riuscita a ridurre il tasso di errore di 1.000 volte grazie a un nuovo approccio.

Nel corso dell'ultimo anno sono stati annunciati diversi miglioramenti nella correzione degli errori, e questo è uno dei motivi per cui ricercatori e ingegneri sono sempre più fiduciosi di riuscire a costruire un computer quantistico.

Il prossimo problema da affrontare è l'aumento delle dimensioni dei computer.

Il nuovo chip Willow di Google ha 105 qubit. Il chip Majorana di Microsoft ne ha otto. Lo Starling di IBM prevede di averne 200. Il chip Ocelot di Amazon ne ha 14. Nei prossimi anni, questi numeri dovranno aumentare notevolmente. Google e Microsoft affermano che un computer quantistico veramente utile avrà bisogno di 1 milione di qubit.

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