Gli sviluppi tecnologici legati al connubio tra il mondo della fisica e quello dell’informatica sono sempre più frequenti: grazie ad essi, infatti, si riescono a realizzare dispositivi più veloci, efficienti e funzionali. In questo ambito, nello specifico, i computer quantistici sono una delle novità più interessanti degli ultimi anni: sarà necessario inquadrare il discorso nell’ottica più corretta possibile.
Il mondo dell’informatica quantistica è, ad oggi, in rapida evoluzione: molti suoi aspetti sono attualmente in discussione e, di fatto, sono ancora di comprensione non immediata per i non addetti ai lavori. Eppure da qualche tempo il calcolo quantistico viene applicato a livello pratico per risolvere alcune particolari tipologie di problemi: la gestione real-time del traffico è uno dei più sentiti.
Computer quantistici: cosa sono e come funzionano
Il mondo dell’informatica quantistica (e dei processori di questa generazione) si basa sul principio della quantum supremacy, ovvero la possibilità per i dispositivi di risolvere problemi molto più complessi, che le CPU tradizionali non erano, fino a qualche anno fa, in grado di risolvere.
Si parte dal presupposto che, nonostante la crescita vertiginosa della velocità di elaborazione delle CPU, esista comunque un limite fisico per la complessità dei problemi risolvibili, dettato tra le altre cose dall’architettura hardware utilizzata. Ciò impedisce, in altri termini, ai computer tradizionali di andare oltre un certo limite, ed è qui che entra in gioco il computer quantistico: un dispositivo che sfrutta il qubit (quantum bit) al posto del bit.
Se quest’ultimo, infatti, può assumere valore 0 oppure 1, un qubit rappresenta la corrispondente unità di informazione quantistica, e gode della proprietà di indeterminazione: ovvero, senza scendere in ulteriori dettagli, può assumere indefinitamente valore 0 o 1.
Questo aspetto, per motivi dovuti ad un particolare modello matematico-combinatorio, accresce la potenza di calcolo del processore quantistico, ovvero grazie al primo postulato della meccanica quantistica noto come principio di sovrapposizione.
Nonostante il primo computer quantistico sia stato teorizzato già negli anni 80 da Paul Benioff, per i primi prototipi abbiamo dovuto attendere gli ultimi anni: i nomi dei computer di questo tipo più in voga sono, ad esempio, IBM Q 5 Tenerife, Tangle Lake, 8Q Agave, Bristlecone (Google) e D-Wave Systems.
Problematiche del calcolo quantistico
Affrontare in modo adeguato le problematiche relative al quantum computing significa sgombrare il campo da alcune diffuse misconcezioni, tra cui - soprattutto - quella legata alla possibilità per un computer quantico di risolvere qualsiasi problema.
Questo in genere è falso, così come il calcolo quantistico è adatto solo per alcuni tipi di problemi. Focalizzare l’ambito in questi termini aiuta a comprendere al meglio le reali implicazioni che l’applicazione della fisica quantistica all’informatica permette di realizzare.
Le attuali applicazioni
L’informatica, come sappiamo, si basa sugli algoritmi, ovvero sulle procedure che vengono attuate per risolvere diverse classi di problemi: il calcolo quantistico non si applica indistintamente a risolvere qualsiasi problema. Per questo motivo sarà necessario individuare il corretto paradigma da applicare per la parte quantistica.
Sfruttare nell’informatica il principio di sovrapposizione e di indeterminazione, di fatto, significa affrontare il problema da un punto di vista non più binario (quindi flussi di bit che possono valere zero oppure uno, in modo deterministico) bensì quantistico, ovvero in cui ogni stato può assumere un valore anche indefinito.
Questo incrementa in modo esponenziale il numero di stati possibili dei qubit, che possono assumere molte più configurazioni e questo espande le potenzialità di calcolo e di memorizzazione delle architetture basate su questo paradigma.
Calcolo quantistico e gestione del traffico
Il calcolo quantistico si presta pertanto alla perfezione per fornire risposte in tempo reale, calcolando i percorsi ottimali da suggerire ai veicoli al fine di evitare code, migliorare i tempi di attesa degli automobilisti e fornire così un contributo essenziale al miglioramento della qualità della vita nelle grandi città.
Il progetto di Lisbona
Se la maggioranza delle discussioni nel settore rimane, ad oggi, in un ambito quasi esclusivamente teorico, ci sono realtà come Volkswagen Group che, in collaborazione con Google, cercano di identificare gli aspetti pratici più interessanti da progettare ed implementare nella vita reale.
In questo ambito il progetto di Lisbona si focalizza proprio sull’ottimizzazione dei flussi di traffico, sfruttando in modo smart il quantum computing e la sua potenza: nello specifico, allo scopo di determinare i percorsi ottimali, in tempo reale, che i vari veicoli (mezzi pubblici inclusi) potranno percorrere, effettuando il calcolo - al variare delle condizioni - durante la giornata.
Prospettive per il futuro
Il settore dell’ottimizzazione real-time dei flussi di traffico richiede una ridefinizione teorica e pratica dell’informatica per come l’abbiamo conosciuta fino ad oggi: pertanto gli sviluppi a cui potremo assistere in questi anni saranno indubbiamente numerosi, e per molti versi difficili da prevedere. Non rimane, pertanto, che attendere ancora un po’, continuando ad analizzare il problema dal punto di vista ingegneristico e ponendosi, di fatto, in un’ottica sempre più innovativa e inclusiva.