Scienze

Un progetto operativo per un computer quantistico

Il piano dettagliato per costruire una macchina capace di processare enormi quantità di dati, e risolvere problemi inaffrontabili con i computer convenzionali.

Le sfide ingegneristiche e i passaggi fondamentali per arrivare a un prototipo di computer quantistico sono stati descritti in un dettagliato articolo su Science Advances (sommario, in inglese), che si pone come punto di riferimento in materia per gli anni a venire.

L'idea è di sfruttare la tecnologia già esistente, ma mai uscita dai laboratori, per realizzare una macchina capace di elaborare enormi quantità di dati e risolvere problemi matematici attualmente impossibili: un dispositivo che potrebbe occupare una superficie più grande di un campo da calcio e costare 126 milioni di dollari (116 milioni di euro). Insomma ingombrante e molto costoso, ma tecnicamente realizzabile, secondo i fisici dell'università del Sussex che hanno firmato lo studio.

Di che cosa si tratta? Per computer quantistico si intende una macchina che, al posto dei bit (unità di informazione binaria), per "ragionare" usi i qubit, le unità di informazione quantistica: per il fenomeno fisico noto come "sovrapposizione", in base al quale un oggetto quantistico può esistere contemporaneamente in due stati, un qubit può assumere il valore di 0 e di 1 nello stesso momento.

Salto di qualità. Teoricamente, un computer di questo tipo potrebbe essere miliardi di volte più veloce di uno convenzionale, ma finora i prototipi realizzati si sono limitati a poche dozzine di qubit: per le sfide ambiziose alle quali sono chiamati ne servirebbero diverse migliaia, se non miliardi. L'articolo appena pubblicato ha il merito di proporre alcune soluzioni ai problemi pratici che la realizzazione del prototipo porrebbe.

Modulare. Il computer quantistico del team sarebbe composto da migliaia di moduli quadrati delle dimensioni di una mano e su basi di silicio, da unire a piacimento per formare una macchina delle dimensioni desiderate. Ciascuno incorporerebbe 2500 qubit formati da ioni intrappolati in un campo magnetico, che li proteggerebbe da interferenze preservandone lo stato quantico.

Pac-man. A computer acceso, durante le operazioni di calcolo gli ioni interagirebbero tra loro spostandosi su una griglia modulare in parte obbligata (con movimenti simili a quelli compiuti da pac-man sul suo percorso). Gli spostamenti degli ioni non verrebbero controllati da singoli laser, come proposto in passato, ma da una radiazione a microonde che attraversi l'intero computer.

Temperatura. Le informazioni tra moduli sarebbero trasmesse dagli ioni stessi, in un modo 100 mila volte più rapido dei sistemi proposti in precedenza, che prevedevano fibre ottiche per trasmettere i segnali. Questo permetterebbe di far funzionare il computer a temperatura ambiente (a differenza di progetti alternativi, basati su materiali superconduttori, da portare a temperature molto basse). L'azoto liquido potrebbe comunque essere usato come sistema di raffreddamento.

Le potenzialità. Una macchina così composta potrebbe scomporre in fattori primi un numero di 617 cifre (un'operazione impossibile per i pc tradizionali) in 110 giorni, usando 2 miliardi di qubit. Questo renderebbe possibile, per esempio, decodificare i più complessi sistemi crittografici: il team ha annunciato che proverà a costruire un prototipo basato su queste linee guida per dimostrarne la fattibilità.

3 febbraio 2017 Elisabetta Intini
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