Dai bit ai qubit: il computer del futuro
Nel corso degli ultimi decenni sono stati fatti notevoli passi avanti nel potenziamento delle prestazioni dei dispositivi elettronici. Tuttavia, se si considera il concetto essenziale di calcolatore che sta alla base dei computer moderni ci si rende conto di come sia rimasto del tutto invariato nel corso degli anni.
Non ci sono state evoluzioni significative che hanno modificato le basi concettuali e il modo in cui opera un calcolatore elettronico. Tutti i miglioramenti che si sono verificati hanno "soltanto" migliorato la velocità di elaborazione, ridotto le dimensioni di questi dispositivi o migliorato la loro capacità di utilizzare l'energia. Per esempio, nei prossimi anni i progressi tecnologici raggiunti nello sviluppo dei transistor e delle batterie permetteranno ai dispositivi di durare fino a circa dieci volte di più rispetto a oggi.
Le ricerche in corso mirano a sostituire le batterie agli ioni di litio utilizzate oggi con batterie che, per esempio, attraverso l'aria saranno in grado di reagire ai metalli pesanti e di durare più a lungo.
Sono prospettive interessanti che andranno a migliorare l'efficienza dei dispositivi elettronici. Tuttavia, una vera e propria rivoluzione nella concezione dei computer e di come funzionano, come non si è mai vista precedentemente, potrebbe arrivare dalla teoria del Quantum Computing, che nasce dall'unione tra Teoria dell'Informazione classica, Informatica e Fisica Quantistica.
La prima idea di computer quantistico la espose il premio Nobel per la Fisica Richard Feynman nel 1982. La domanda che si poneva allora era: "se siamo in grado di realizzare dispositivi sempre più piccoli e sempre più potenti, allora qual è il limite al realizzabile?".
Attualmente sono già stati sviluppati processi costruttivi con tecnologia a 22 nanometri e si prepara a breve il passaggio a 10 nm; considerando che le dimensioni tipiche atomiche sono dell'ordine dell'Ångstrom (0,1 nm) stiamo parlando di percorsi di trasporto della larghezza di un centinaio atomi!
In effetti, se le progressive tendenze alla miniaturizzazione dei componenti di un computer continueranno con i ritmi attuali si arriverà a dimensioni tali per cui diventeranno rilevanti e successivamente prevalenti gli effetti quantistici che richiedono una revisione della Fisica che sta alla base dei processi di ingegnerizzazione.
È proprio questo scenario che ha ispirato la progettazione di un computer quantistico, all'interno del quale sarebbe possibile, per esempio, sfruttare il principio della sovrapposizione degli effetti in base al quale, a differenza di quanto avviene in un computer tradizionale in cui il bit corrisponde a uno dei due possibili stati 0 oppure 1, il bit quantistico o qubit mantiene contemporaneamente due stati fino a quando non interviene un'azione che porta alla determinazione di uno dei due.
Un'altra caratteristica distintiva è la condizione di entanglement tipica della meccanica quantistica, tale per cui due qubit possono essere correlati in coppia, in modo che il cambiamento di stato che interviene su uno dei due elementi della coppia, influenza e modifica istantaneamente l'altro.
I principi che regolano la teoria quantistica appaiono difficilmente intuitivi, tuttavia la formulazione precisa delle sue leggi ne fa prevedere chiaramente i vantaggi se si considera un computer quantistico. Partendo dal concetto che 1 qubit può assumere contemporaneamente 2 stati, 2 qubit possono assumerne 4, 4 qubit 16, 16 qubit 256 e così via, si capisce come possa incrementarsi la velocità di risoluzione di problemi complessi che i normali calcolatori faticano a eseguire, come la fattorizzazione di numeri grandi, la creazione o ricerca di password e operazioni simili.
I primi esperimenti hanno già portato alla creazione di prototipi che si spera un giorno saranno sostituiti da macchine realmente utilizzabili. Già nel 2001 Ibm aveva annunciato di aver costruito il primo elaboratore quantistico a 7 qubit, utilizzando una sola molecola, mentre nel 2007 è stato presentato il primo computer quantistico a 16 qubit, chiamato Orion, secondo quanto affermato dalla compagnia canadese D-Wave che lo ha creato.
Adesso non resta che aspettare i futuri risvolti per vedere se, realmente, fra una decina d'anni avremo un laptop quantistico sulla scrivania.