il primato tecnologico
di Daniele Manca e Roberto Viola19 dic 2022
Capire perch un computer come Leonardo faccia la differenza, in fondo semplice. Grazie all’azione dell’Europa e al sistema Italia, come scrivevamo su L’Economia del Corriere dello scorso 5 dicembre, disporre del 4 pi veloce calcolatore al mondo tanto importante quanto intuitivo. Meno fare il salto successivo: approdare ai computer quantistici. E cio a quegli elaboratori che poggiano la loro esistenza su concetti come l’essere in uno stato sovrapposto di vita o morte (il celebre paradosso del gatto di Schroedinger).
L’iniziativa faro sulle tecnologie quantistiche, quantum flagship, un’iniziativa che mira a porre l’Europa in prima linea, sostenendo il lavoro di centinaia di ricercatori. La prima grande rivoluzione scientifica ebbe inizio con l’elettricit. Spiegare perch oggi una lampadina si accenda grazie all’energia prodotta a chilometri di distanza non proprio cosa semplice. La fisica quantistica nasce da questo: la fisica classica non risultava convincente nel descrivere il fenomeno. Oggi ci viene in aiuto Internet: un’altra rivoluzione basata sull’interconnessione. Parlare di intelligenza distribuita prima degli anni Novanta era patrimonio solo degli scrittori di fantascienza. Oggi per noi una realt che intuiamo con sufficiente facilit.
Nella famosa diatriba fra Albert Einstein e Niels Bohr, Einstein negava che due particelle si potessero influenzare istantaneamente senza che ci fosse qualcosa a creare una correlazione. Bohr, d’altro canto, sosteneva la veridicit di questo fenomeno della fisica quantistica, e gli diede il nome di entanglement – intreccio: due particelle a distanza che non comunicano ma si comportano in maniera correlata. A concludere il disaccordo arriv il fisico John Stewart Bell, confermando l’esistenza del principio dell’intreccio, sul quale quest’anno due europei hanno ricevuto il premio Nobel: le fondamenta per una rivoluzione quantistica erano gettate. Il computer lavora su un linguaggio 1 e 0: acquisisce un’immagine vera, la elabora e la scompone in colori e variazioni di forma, la comprime per trasmetterla pi velocemente e poi viene ricevuta, decompressa e decodificata per restituire l’immagine di partenza.
Il potere dei qubit
Per affrontare la complessit si pu solo aumentare la velocit. Il computer quantistico non ragiona in 1 e 0, ma in qubit, ovvero quantum bit – l’unit elementare di informazione quantistica. I qubit sono una qualunque possibile combinazione di 0 e 1 in sovrapposizione: potenzialmente infinite combinazioni. un po’ come immaginarsi una partita di calcio dove si gioca con 1.000 o 10.000 palloni, in cui avvengono tante azioni diverse allo stesso tempo. Pi i qubit aumentano, pi lo spazio delle possibili combinazioni cresce. Ci significa che questo tipo di macchina potenzialmente in grado di replicare qualunque cosa riguardi la realt, incluso – come gi anticipato nella scorsa puntata – il cervello umano. Il cervello di circa 1.500 centimetri cubici: un concentrato impressionante di intelligenza che ci permette di elaborare cose che non comprendiamo e che fanno parte anche del metafisico. In questo momento, anche con i supercalcolatori attuali pi veloci, siamo in grado di comprendere 30 di quei 1.500 cm3.
Per tentare di replicare il cervello umano avremo bisogno di un computer quantistico. Si dice che tutta la complessit dell’universo pu essere racchiusa in un calcolatore quantistico da 120 qubit, per rendere l’idea, un calcolatore da 100 qubit , capace di fare calcoli che un elaboratore come Leonardo ci metterebbe 10 mila anni.
Il computer torta
Il computer quantistico ha un po’ l’aspetto di una torta a tanti strati, che cominciano a raffreddarsi fino ad una temperatura dello zero assoluto (-273,15C), in cui si innescano i fenomeni fondamentali della superconduttivit, della sovrapposizione e dell’intrecciamento: le particelle perdono la loro caratteristica classica e diventano onde di materia, che si comportano in maniera stupefacente. Ad esempio possono attraversare una barriera o un ostacolo non importa quanto alti. come se, a quelle temperature, una persona avesse una certa probabilit di poter passare attraverso i muri.
Le macchine ibride
Quello su cui l’Europa si sta concentrando l’integrazione fra il computer tradizionale (non ancora completamente sostituibile) e quello quantistico: una macchina ibrida, potenziale successore di Leonardo, potrebbe prendere vita entro il 2026. Al momento, la macchina quantistica ha bisogno di un suo linguaggio per essere programmata e abbiamo solo algoritmi adatti a calcoli particolari e non generali. In parole povere, un po’ come se queste macchine fossero dei bambini, che non sanno ancora parlare, ma diventeranno adulti formidabili. Quando arriveremo a macchine con associati i programmi applicativi in grado di fare le operazioni meglio e pi velocemente – allora saremo alla cosiddetta supremazia quantistica. L’Ue ha selezionato sei siti (uno in Italia) per ospitare e gestire i primi computer quantistici europei. Questi nuovi sistemi saranno a disposizione delle comunit scientifiche, dell’industria a fini di ricerca e sviluppo. La rivoluzione iniziata e l’Europa sar protagonista. Per questa sfida la dimensione europea quella minima ma non basta. Serve un grande sforzo internazionale. Per questo l’Ue intende avviare una cooperazione con tanti attori internazionali – dagli Stati Uniti al Giappone, al Canada. La collaborazione con l’Europa, ambita perch vanta grandissime eccellenze sulla fisica teorica (qui nata la fisica quantistica). Dobbiamo anche proteggerci da chiunque avesse cattive intenzioni usando un computer quantistico. Non fantascienza.
Obiettivo 2026
Gi nel 2026, le macchine ibride (gli attuali calcolatori veloci combinati con acceleratori quantistici) saranno potenzialmente capaci di decodificare i meccanismi che oggi usiamo per criptare dai conti in banca ai sistemi di difesa. Dobbiamo arrivare a criptaggi che riescano a resistere all’attacco di un computer quantistico. Questa una cosa estremamente seria per tutte le istituzioni, non soltanto per le informazioni confidenziali, ma soprattutto per tutto il mondo finanziario. A questo proposito, l’Europa e gli Stati Uniti il 5 dicembre hanno annunciato che lavoreranno insieme per standardizzare algoritmi nuovi di criptaggio il prima possibile.
La protezione ultima arriva dalle cosidette chiavi quantistiche. Ma qui entra in gioco un altro fenomeno quantistico rompicapo: il famoso principio di indeterminazione di Heisenberg. Secondo questo principio, nel momento in cui si osserva una particella se ne altera lo stato; non si pu fare l’osservatore neutro. Tale fenomeno diventa sconvolgente se lo colleghiamo al principio dell’intrecciamento: dato che le particelle sono correlate a distanza senza dover ricorrere ad una trasmissione vera e propria, non solo saremo in grado di consultare la stessa informazione contemporaneamente, ma saremo anche in grado di comprendere immediatamente se qualcun altro non autorizzato avr osservato quest’informazione, poich ne avr alterato lo stato.
Sulla base di tale principio, l’iniziativa europea EuroQCI mira a costruire un’infrastruttura terrestre e satellitare di comunicazione quantistica praticamente invulnerabile. EuroQCI salvaguarder i dati sensibili nelle comunicazioni, fornendo un ulteriore livello di sicurezza basato sulla fisica quantistica.
Siamo all’inizio di tanti di quei fenomeni immaginati dagli scrittori di fantascienza. Essere nello stesso posto contemporaneamente, una capacit di calcolo illimitata, captare i cambiamenti pi infinitesimali nello stato della materia. L’internet dei quanti porter ad un intelligenza diffusa che controller la nostra salute, le nostre case, le citt, i sistemi di trasporto e le fabbriche, ci aiuter a vivere meglio e a consumare meno energia. L’Europa si sta dimostrando la protagonista di questa nuova rivoluzione scientifica. E questa una buona notizia.
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, 2022-12-19 11:24:00, Con il progetto «Quantum Flagship» l’Unione prepara il terreno alla prossima generazione di supercomputer, iper veloci e di enorme potenza. Saranno a disposizione della comunità scientifica e dell’industria. Con uno scudo satellitare, Daniele Manca e Roberto Viola
