Potrebbe essere una delle cinque scoperte capaci di trasformare il mondo. Rendere possibile contare le stelle dell’Universo in appena qualche ora o abbattere tempi e costi di progettazione di nuovi farmaci. Basterebbe accendere il computer. A patto, però, di possedere un computer quantistico. Un pc di nuova generazione, inserito dalla rivista Physics World nella “top five” delle conquiste della fisica moderna in grado, in un futuro non troppo lontano, di “migliorare sensibilmente la vita di tutti i giorni”. Come è stato per il Web, nato inizialmente nei laboratori di fisica nucleare del Cern di Ginevra, prima di diffondersi in tutto il mondo. 

Un passo in questa direzione è stato compiuto da un team di ricercatori dell’Università di Palermo, in collaborazione con la Heriot-Watt University di Edimburgo e della University of Science and Technology of China di Hefei, che ha pubblicato su Nature Communications uno studio in cui illustra come sposare fisica classica e meccanica quantistica. Due mondi apparentemente inconciliabili, ma destinati giocoforza a convivere nei nuovi calcolatori. “I pc quantistici differiscono da quelli che siamo abituati a usare, in quanto richiedono per il loro funzionamento sia componenti tradizionali come la tastiera, che un hardware formato da parti microscopiche, le cui proprietà sono regolate dalla meccanica quantistica – afferma Rosario Lo Franco, fisico teorico dell’Università di Palermo e tra gli autori della ricerca -. È, infatti, proprio grazie alle strane proprietà subatomiche che, in prospettiva, un computer quantico permetterà di ottenere prestazioni non realizzabili in alcun modo dai normali pc, indipendentemente dalla loro potenza”. 

Per descrivere le enormi capacità di calcolo dei futuri pc bisogna, infatti, fare ricorso alle leggi che governano l’infinitamente piccolo e che cozzano con il senso comune. Nei computer tradizionali i dati sono immagazzinati uno per volta, sottoforma di una successione di bit, le unità di base dell’informazione. I computer quantistici, invece, sfruttano le bizzarrie del mondo delle particelle, come la possibilità di esistere contemporaneamente in due luoghi differenti e con una correlazione a distanza. “Una caratteristica – spiega Lo Franco – che consente di registrare più dati simultaneamente nella memoria del pc, senza problemi di spazio. E allo stesso modo di recuperarli con estrema rapidità quando si esegue un’operazione di calcolo”. In un certo senso è come cercare un cliente in una stanza d’albergo, di cui non ricordiamo il numero. Con un pc tradizionale dovremmo controllarle una per una. I computer quantistici, invece, consentirebbero di effettuare in un sol colpo un’unica ricerca in tutte le stanze, con un notevole risparmio di tempo ed energie. Bizzarrie del mondo dei quanti. Lo stesso Richard Feynman, premio Nobel per la fisica e tra i padri della teoria quantistica, era solito affermare che “Chiunque crede di aver capito la meccanica quantistica, in realtà non l’ha compresa abbastanza”. 

Queste stravaganti caratteristiche si manifestano, però, solo in caso di totale isolamento con l’ambiente esterno. “La comprensione dettagliata del comportamento di un sistema quantistico in contatto con uno ordinario è una questione ancora aperta – spiega Lo Franco -. Uno dei problemi con cui gli esperti si stanno confrontando nella realizzazione pratica dei nuovi pc è il fatto che le proprietà quantistiche delle parti microscopiche tendono a scomparire a causa dell’effetto negativo dell’ambiente circostante, trasformando il nuovo computer in un calcolatore tradizionale. Attualmente – sottolinea lo studioso siciliano – nella comunità scientifica è in atto un’intensa attività di ricerca volta allo sviluppo di procedure che limitino il più possibile questo effetto. Nel nostro studio abbiamo dimostrato, non solo da un punto di vista teorico, che, controllando un sistema quantistico con un secondo dispositivo di tipo classico, è possibile contrastare la scomparsa delle proprietà quantiche, e persino recuperarle per tempi lunghi”.

Per ovviare al problema e garantire un totale isolamento dall’esterno potrebbe, però, essere necessario operare a temperature bassissime, inferiori ai più lontani recessi del cosmo. Da questo punto di vista, i computer di nuova generazione potrebbero somigliare più a dei frigoriferi che a dei pc tradizionali. Il loro cervello elettronico dovrebbe, infatti, lavorare a temperature prossime allo zero assoluto, pari a -273,15 gradi centigradi. “Alcuni gruppi di ricerca sono riusciti a operare a temperature ambiente – spiega Lo Franco – ma questo rimane ancora uno dei limiti dei computer di nuova generazione”. 

Oltre agli aspetti tecnici, altra questione ancora aperta è la sicurezza delle informazioni. Basti pensare alla notizia, riportata alcune settimane fa dal Washington Post e basata sulle rivelazioni di Edward Snowden, che la National security agency (Nsa) americana starebbe progettando un supercomputer quantico in grado di violare ogni sistema di sicurezza informatico, anche i codici più protetti. Se si considera il mondo della ricerca, però, i campi di applicazione di questi nuovi computer sono enormi. Il pc quantistico potrebbe, ad esempio, abbattere tempi e costi di progettazione di nuovi farmaci, grazie alla sua capacità di simulare, in contemporanea, miliardi di conformazioni diverse per le nuove molecole. Gli astronomi, inoltre, non dovranno più aspettare anni prima di completare l’analisi dell’enorme mole di dati raccolti dalle missioni spaziali. “Realizzare dei prototipi richiede ancora costi proibitivi, di decine di milioni di dollari, che solo grandi realtà come la Nasa o Google possono permettersi. Per vedere un computer quantistico al di fuori dei grandi laboratori di ricerca – conclude Lo Franco – dovremo, pertanto, pazientare ancora alcuni anni”.

Lo studio su Nature Communications