La Stampa, 19 settembre 2018
Cervelli cercansi. Mega-progetto Usa per vincere la corsa ai computer quantistici
La risorsa fondamentale della ricerca scientifica è il personale specializzato. Ma gli Usa hanno scoperto di non averne a sufficienza per creare computer quantistici operativi. Di tali macchine, che saranno un punto di svolta per l’umanità, si fa un gran parlare, e molti ingegneri o fisici o matematici se ne occupano in un modo o nell’altro, magari anche solo per diletto; ma sono ancora pochi quelli che si specializzano in questo ramo, perché il filone sembra ancora un po’ troppo esoterico, e poco promettente in termini di posti di lavoro e di stipendi (in fondo lo sbocco finale deve pur essere quello).
Problemi del mondo reale
Per ovviare a questa carenza, a Washington, è stato approvato uno stanziamento federale di 1,275 miliardi di dollari con cui finanziare la formazione di specialisti del settore, in particolare ingegneri. Basta con la teorie, è ora di passare all’azione.
Il «National Quantum Initiative Act» mira (tra l’altro) a rendere competitiva l’America nei confronti della Cina, impegnata allo spasimo nei computer quantistici. Secondo Christopher Monroe, dell’università del Maryland, che ha collaborato alla stesura di questa legge, «gli Usa hanno bisogno di una nuova generazione di ingegneri informatici che siano a loro agio nei meandri della fisica quantistica. Dobbiamo creare una vera e propria forza lavoro di questo tipo, adeguatamente numerosa e dotata di tali competenze. Solo così potremo creare e produrre industrialmente computer quantistici in grado di essere applicati davvero ai problemi del mondo reale».
Le nuove macchine computazionali mirano a sfruttare a nostro vantaggio le stranissime caratteristiche della meccanica quantistica. Nella fisica classica un oggetto si può trovare in un determinato stato o in un altro, ma non in due stati fisici diversi contemporaneamente. Nel caso dei circuiti integrati un certo valore può essere 0 o 1, a scelta, e non altro. Invece nella meccanica quantistica esiste il fenomeno della «sovrapposizione», per cui qualcosa può valere contemporaneamente 0 e 1. Inoltre gli strani «quantum bit» – o «qubit» – sono suscettibili di un legame definito «entanglement» grazie al quale lavorano in parallelo. Questi qubit possono fare molti calcoli in una volta, più velocemente di quanto avvenga nei computer tradizionali.Ma, passando dalla teoria alla pratica, è difficile governare l’imprevedibilità di quello 0 e di quell’1 che, messi assieme, danno un responso indefinito. Per auto-controllarsi un computer quantistico deve fare gran parte dei suoi calcoli su se stesso e sprecare quasi tutta la potenza per correggere il suo «rumore di fondo» (si valuta che su 50 qubit soltanto tre possano essere davvero utilizzati). Le particelle portatrici dei qubit, a causa della loro velocità di calcolo, si surriscaldano fino all’inverosimile.
La superconduttività
L’approccio più diffuso per aggirare questo problema è il ricorso alla superconduttività, cioè alla proprietà dei metalli di trasmettere i segnali elettrici senza resistenza, a temperature prossime allo zero assoluto. Però, da un punto di vista del consumo di energia, tali temperature sono molto onerose da raggiungere e da mantenere, e questo potrebbe rendere poco pratica la costruzione di un vero computer quantistico (non un piccolo prototipo), utilizzabile nella pratica.
Alla luce delle difficoltà fino a poco tempo fa esistevano sì dei prototipi quantistici di interesse scientifico, però queste macchine non calcolavano quasi niente di utile. Erano tutta teoria e quasi niente pratica. Ma proprio all’inizio del 2018 (e «Tuttoscienze» ne ha dato notizia) gruppi come Ibm, Intel, Google, e anche una start-up di San Francisco chiamata Rigetti, hanno realizzato computer quantstici di potenza attorno ai 50 qbit, cioè al minimo indispensabile (per le ragioni dette sopra) a essere classificabili come macchine operative.
Allora ci siamo? Sembra di sì. Ma per «ingegnerizzare» il computer quantistico, e avviarne la produzione di massa, servono molti ingegneri quantistici. La nuova forza lavoro che l’America si propone di creare.