Rilevanti novità fanno recentemente capolino dal mondo informatico. L’istituto newyorkese di ricerca computazionale Flatiron Institute tenta di emulare tramite impulsi laser la sequenza di Fibonacci su un computer quantistico. Il risultato? Prolungata la durata dell’entanglement tra i qubit, compresse due dimensioni temporali in una e creata una nuova fase della materia.
Tra laser che urtano ioni, sovrapposizione quantistica, simmetrie e dimensioni temporali, facciamo prima un passo indietro.
Sin dagli anni ’80, la comunità scientifica si è cimentata nello sviluppo di computer quantistici, anche se il processo di elaborazione pare essere diventato d’interesse pubblico soltanto in tempi più recenti. I motivi dietro le innumerevoli ricerche al riguardo sono efficacemente evidenziati da una notizia riportata su Nature nel giugno 2021.
Risolvere un problema matematico da 9000 anni in 36 microsecondi: questo è, infatti, il potere di un computer quantistico, dimostrato attraverso il processore fotonico Borealis dalla Startup canadese Xanadu. Da dove questa singolare capacità di calcolo?
Occorre anzitutto sapere che il computer quantistico, a differenza di quello tradizionale che sfrutta il calcolo elettronico per l’elaborazione dei dati, si serve delle leggi della meccanica e della fisica quantistica. Come si può intuire, leggi diverse richiedono diverse “materie prime” a cui essere applicate. Le unità fondamentali d’informazione, i tradizionali bit (binary digit), codificano i due stati di un interruttore – aperto o chiuso – tramite i valori 1 o 0.
L’equivalente di ciò nei computer quantistici è il qubit. Il quantum bit, però, non è codificato dal valore 1 o valore 0, bensì dallo stato quantistico in cui si trova una particella o un atomo, che – grazie alla fisica – sappiamo poter essere contemporaneamente sia 1 che 0.
Di fatto, la considerazione alla base è che calcoli complessi richiedono molto tempo di elaborazione; perché allora non eseguirli in parallelo? Perché ricorrere al tradizionale calcolo sequenziale, quando un computer quantistico può processare contemporaneamente più soluzioni ad un singolo problema, grazie al calcolo parallelo?
Unico neo: la coerenza delle serie di qubit è altamente precaria. Molteplici fattori – variazioni di temperatura, vibrazioni – possono interferire con esse, introducendo errori e rischiando di far perdere all’atomo lo stato di sovrapposizione quantistica, grazie al quale può assumere contemporaneamente valori 1 e 0. Per mantenere questo stato di coerenza si sfruttano impulsi laser in direzione degli ioni, che impongono loro una determinata simmetria, basata sul tempo.
Ed è a questo punto che viene riportata in auge una sequenza la cui individuazione risale al Medioevo. Si tratta della successione di Fibonacci, una serie in cui ogni numero è il risultante della somma dei due precedenti. Una sequenza ordinata, ma non ripetuta ed è a questa caratteristica che gli scienziati attribuiscono l’imposizione di due simmetrie temporali ai qubit, in seguito a impulsi laser in sequenza quasi periodica. Poiché la linea temporale in cui viviamo è, per quanto noto, unica, le due simmetrie temporali “collassano” in una, ma quella aggiuntiva ha sommato un altro livello di protezione contro la decoerenza quantistica, migliorando i tempi di entanglement e, di conseguenza, di operatività del computer quantistico.
Questo tipo di tecnologia è ancora così oscuro da rendere difficile creare una vasta aspettativa mediatica, come accade, ad esempio, con la maggior parte delle altre tecnologie emergenti. Tuttavia, tale miglioramento dei tempi di entanglement è indubbiamente da tenere in considerazione, viste le molteplici potenziali applicazioni del computer quantistico.
Obiettivo dichiarato dal CERN è sfruttare gli algoritmi quantistici per progredire nella ricerca di entità sconosciute o parzialmente note, come la materia oscura. Inoltre, il Large Hadron Collider ivi presente permette di accelerare particelle subatomiche a una velocità prossima a quella della luce, generando una quantità di dati incompatibile con la computazione classica. L’approccio quantistico potrà costituire un inevitabile supporto.
Anche la chimica e la fisica dei materiali potranno trarne profitto. Dopo vari tentativi con i modelli classici e i supercomputer, Mercedes-Benz si avvicina all’approccio quantistico nello studio delle interazioni molecolari delle batterie nelle auto elettriche. Studiarne le reazioni permetterà di comprendere meglio le dinamiche che ne determinano il decadimento, in modo da realizzare prodotti sempre più performanti ed ecologicamente sostenibili.
Sperimentazione di nuovi farmaci personalizzati, previsioni meteorologiche su aree più vaste in meno tempo e gestione ottimizzata del traffico urbano sono soltanto alcuni tra gli innumerevoli altri esempi.
Per il 2023, la multinazionale Ibm prevede il completamento del processore a 1121 qubit, in grado di mantenere l’interazione tra qubit necessaria per la creazione di un computer quantistico a tutti gli effetti. Ibm guarda anche oltre il 2023, investendo sulla progettazione di un super frigorifero a elio liquido in grado di mantenere un computer quantistico a 1 milione di qubit.
Ancora non sappiamo quando verrà costruito.
Di Noemi Manghi
