Computer quantistici, non è più fantascienza: la svolta è arrivata e interessa tutti

C'è una notizia che nelle ultime ore sta facendo il giro del mondo scientifico, e che merita attenzione anche da chi di fisica quantistica non si è mai occupato. Un team di ricercatori di Quantinuum, una delle aziende leader nel settore del calcolo quantistico, ha pubblicato su Nature Communications i risultati di un esperimento che dimostra, in modo matematicamente rigoroso, che i computer quantistici possono risolvere problemi che quelli classici, per principio, non potranno mai affrontare. Non si tratta di un piccolo passo avanti tecnico, ma di qualcosa che si avvicina a una prova definitiva, e capire perché è più semplice di quanto sembri.

Il problema dei test precedenti

Per anni, per dimostrare che un computer quantistico si comporta davvero in modo diverso da uno tradizionale, gli scienziati si sono affidati principalmente a test basati sulle cosiddette disuguaglianze di Bell, regole matematiche che descrivono come dovrebbero comportarsi le particelle intrecciate se l'universo seguisse solo la logica classica. Quando un sistema viola queste regole, viene considerato prova di un comportamento genuinamente quantistico.

Il problema è che questi test hanno sempre avuto dei limiti concreti. Molti si basano su ipotesi non dimostrate riguardo alla difficoltà di certi calcoli, e sono estremamente sensibili al rumore e agli errori tipici dell'hardware quantistico odierno, che è ancora tutt'altro che perfetto. In pratica, i risultati potevano sempre essere messi in discussione, lasciando aperta una piccola ma fastidiosa porta al dubbio.

Il nuovo esperimento: un gioco che i computer classici non possono vincere

Il team di Quantinuum ha ideato un approccio completamente diverso, basato su quello che viene chiamato campionamento del completamento. Il meccanismo, semplificato, funziona così: ogni possibile risposta a un problema viene divisa segretamente in due gruppi uguali, chiamati A e B. Al computer viene data una risposta appartenente al gruppo A, e gli viene chiesto di produrne una appartenente al gruppo B.

Per un computer classico, questo compito è quasi impossibile da affrontare in modo efficiente. La macchina può escludere la risposta che le è già stata mostrata, ma non ha alcun modo di sapere quali tra le risposte rimanenti appartengano al gruppo B. Man mano che le possibilità aumentano, il problema diventa esponenzialmente più difficile, fino a diventare del tutto intrattabile in tempi ragionevoli.

Un computer quantistico, invece, può fare qualcosa che nessuna macchina classica è in grado di replicare: mantiene l'intero insieme A in sovrapposizione, uno stato tipico della meccanica quantistica in cui più possibilità coesistono contemporaneamente, e utilizza un circuito chiamato swapper per trasformarlo direttamente nel suo complemento, prima ancora di misurare una risposta appartenente al gruppo B.

Il punto cruciale, quello che rende questo esperimento diverso da tutti i precedenti, è che il limite delle prestazioni raggiungibili da un computer classico può essere dimostrato matematicamente, non semplicemente presunto o osservato empiricamente. È una differenza sottile ma fondamentale per la comunità scientifica, perché elimina gran parte dei dubbi che avevano accompagnato i test precedenti.

Perché questa notizia riguarda anche chi non è appassionato di tecnologia

A questo punto è lecito chiedersi cosa cambi concretamente nella vita di tutti i giorni. La risposta onesta è che, per ora, nulla di immediato. I computer quantistici restano macchine costosissime, delicate, che devono essere mantenute a temperature vicine allo zero assoluto e che sono ancora lontane dall'essere utili per applicazioni pratiche quotidiane. Nessuno avrà un computer quantistico in salotto nei prossimi anni.

Eppure, questa notizia conta, e conta parecchio, per almeno tre motivi che toccano da vicino la vita di tutti.

Il primo riguarda la sicurezza digitale. Gran parte della crittografia che protegge oggi le nostre comunicazioni, i pagamenti online, le password e i dati sensibili si basa su problemi matematici che un computer classico impiegherebbe secoli a risolvere. Un computer quantistico sufficientemente potente potrebbe invece risolverli in tempi molto più brevi. Ogni passo avanti come questo avvicina, seppur di poco, il momento in cui sarà necessario aggiornare i sistemi di sicurezza su cui si basa l'intera economia digitale mondiale.

Il secondo motivo riguarda la medicina e la ricerca scientifica. I computer quantistici, una volta maturi, potrebbero simulare il comportamento di molecole complesse in modo impossibile per le macchine attuali, accelerando drasticamente lo sviluppo di nuovi farmaci e materiali. Progressi come quello di Quantinuum sono i mattoni su cui si costruirà quella capacità.

Il terzo motivo è più ampio, e riguarda la competizione geopolitica ed economica. Governi e aziende di tutto il mondo stanno investendo cifre enormi in questa tecnologia, proprio perché intuiscono che chi arriverà per primo a un vantaggio quantistico stabile avrà in mano uno strumento strategico paragonabile, per certi versi, a quello che fu l'energia nucleare nel secolo scorso. Gli Stati Uniti, ad esempio, hanno recentemente annunciato investimenti per oltre 200 milioni di dollari proprio in questo settore, segno che la corsa è già entrata nel vivo.

Un campo ancora acceso da dibattiti

Va detto, per onestà, che il mondo del calcolo quantistico non è privo di controversie. Solo qualche mese fa, un gruppo di ricerca ha dimostrato che un problema ritenuto risolvibile solo da un computer quantistico poteva in realtà essere affrontato anche da un computer classico, purché potenziato da algoritmi matematici particolarmente sofisticati, come le cosiddette reti tensoriali. Un promemoria utile: il confine tra ciò che sanno fare le macchine classiche e quelle quantistiche non è sempre così netto come si potrebbe pensare, e ogni annuncio di questo tipo va letto con il giusto equilibrio tra entusiasmo e prudenza.

Anche colossi come IBM hanno più volte ammesso che, al momento, nessuno degli algoritmi quantistici sviluppati è davvero utile per applicazioni concrete, e che i modelli utilizzati negli esperimenti restano fortemente semplificati rispetto ai problemi del mondo reale.

La strada verso il futuro

L'esperimento di Quantinuum non significa che il computer quantistico sia pronto per entrare nelle nostre case o nei nostri uffici. Significa però che la comunità scientifica ha ora uno strumento più solido, più difficile da mettere in discussione, per dimostrare che questa tecnologia funziona davvero secondo principi che nessuna macchina tradizionale potrà mai replicare.

I ricercatori stessi guardano già al passo successivo, che consiste nel collegare due computer quantistici separati attraverso un vero e proprio canale di comunicazione quantistica, un'impresa che aprirebbe scenari ancora più ambiziosi, avvicinandoci a quella che molti definiscono come la prossima grande rivoluzione tecnologica del ventunesimo secolo.

Per ora, resta una notizia da addetti ai lavori nei dettagli tecnici, ma dalle implicazioni che, prima o poi, arriveranno a toccare la vita di tutti, dalla sicurezza dei nostri dati fino ai farmaci che un giorno potremmo assumere.