Gli esperimenti di computing quantistico da anni in corso nei laboratori di Big Blue hanno condotto a un nuovo traguardo: la creazione di due sistemi di calcolo basati, rispettivamente, su un volume quantico di 16 e 17 qbits, e dunque notevolmente più avanzati rispetto alla macchina da 5 qbit attualmente in uso nel quartiere generale di Ibm.


A differenza dei sistemi binari, che hanno due possibili stati, i quantum bit (ovvero i qubit) possono avere diversi valori allo stesso tempo, permettendo un gran numero di calcoli in parallelo. Ciò significa che un computer quantistico dovrebbe essere in grado di risolvere problemi matematici complessi molto più velocemente di un PC tradizionale. Tuttavia, il fatto che la tecnologia sia così complessa implica una certa difficoltà della ricerca in questo campo.

I protitipi messi a punto  rappresentano il punto di partenza di futuri prodotti commerciali, che sapranno risolvere problemi incredibilmente complessi, maneggiando immense quantità di dati e algoritmi di intelligenza artificiale. Gli ambiti del computing quantistico sono un po' quelli dell'High Performance Computing: ricerca medica (genetica, innanzitutto) e scientifica, chimica, fisica, astronomia, ma potenzialmente anche questioni riguardanti l'economia e la società.

Quando potremo aspettarci un computer quantistico operativo? Mike Mayberry, Corporate Vice President di Intel e Managing Director degli Intel Labs, afferma che sarà necessario almeno un decennio prima che sia disponibile un computer quantistico completamente operativo.

Fin dagli anni Ottanta fisici e informatici hanno affrontato sfide teoriche e pratiche del calcolo quantistico, sperimentando materiali diversi per la realizzazione dei processori. Fra le grandi aziende, oltre a Ibm, si può citare Intel che di recente ha affermato che "Prima dell’avvento del primo computer quantistico funzionante dovrà passare un decennio in quanto il numero di cui qubit che si è finora raggiunta è ancora limitata. Questi sistemi, peraltro, occupano molto spazio poiché richiedono una notevole quantità di raffreddamento, che si avvicina allo zero assoluto o, in altre parole, -273,15 °C. SAranno quindi necessari seri progressi prima di poter pensare a una qualche produzione di livello significativo.".

Un'altra protagonista è la canadese D-Wave Systems, che fra i propri clienti annovera Google, ma anche il Mit di Boston e il governo statunitense (tramite la Intelligence Advanced Research Projects Activity, Iarpa) stanno portando avanti investimenti e ricerca.

Nuvole e sogni collettivi
Oltre che dei propri cervelli, la società di Armonk intende avvalersi di contributi esterni, a suon di algoritmi di machine learning e di Api. Attraverso la Quantum Experience, lo scorso marzo Ibm ha deciso di concedere via cloud l'accesso al propri processore quantistico da 5 qbit: chiunque può, quindi, sfruttarne le capacità di calcolo sul proprio Pc. Per ricercatori, sviluppatori e programmatori è anche disponibile un Software Development Kit su GitHub. Poche persone, invece, stanno attualmente conducendo esperimenti sulla terza generazione a 16 qubit appena messa a punto da Ibm. Come spiegato da Arvind Krishna, senior vice president e direttore della divisione ricerca di Big Blue, “I sistemi quantistici sono molto diversi dai computer odierni, non solo nell'aspetto e nei materiali, ma soprattutto nelle prestazioni”. Nessuno fra i cinquecento supercomputer più potenti di oggi potrebbe eguagliare in prestazioni un sistema da 50 qubit di volume quantico. Quanto si dovrà aspettare? A detta di Ibm i primi processori quantistici di “taglia media”, da 50 o 100 qubit, saranno già una realtà entro una decina d'anni.

Dalla chimica ai trasporti in città
In campo informatico, piattaforme di calcolo di questo tipo potranno servire a confezionare algoritmi crittografici molto più complessi. Un'altra fra le più importanti dimostrazioni di utilità dell'approccio quantistico, a detta di Ibm, riguarda lo studio delle proprietà chimiche delle molecole, uno studio che può condurre alla definizione di nuovi materiali e nuovi farmaci. Uscendo dall'ambito scientifico, un'applicazione concreta del calcolo quantistico è l'iniziativa di ottimizzazione del traffico di Volkswagen. L'acquisto di un sistema di D-Wave da 15 milioni di dollari ha permesso alla casa automobilistica di elaborare, su risorse cloud, i dati raccolti dai sistemi Gps di oltre diecimila taxi in servizio a Pechino. Analizzando per sei mesi questa massa di informazioni, i cinque data scientist al lavoro sul progetto hanno confezionato un algoritmo di ottimizzazione dei percorsi, con il quale è possibile calcolare in una frazione di secondo quale sia la strada migliore da compiere per raggiungere, in un dato momento, una data destinazione. Il prossimo esperimento di Volkswagen riguarderà Barcellona: il machine learning, abbinato alle grandi capacità di calcolo del sistema D-Wave, permetterà di prevedere i picchi di traffico e di proporre percorsi alternativi nella movimentata città catalana.