COMPUTER QUANTISTICI LA NUOVA FRONTIERA DELL’INFORMATICA
di Raimondo Galante
Un altro esempio delle applicazioni della Quantistica all’Informatica sono i cosiddetti computer quantistici :
computer che per il loro funzionamento sfruttano fenomeni tipici della meccanica quantistica, come il principio di sovrapposizione degli stati(sovrapposizione determinata dall’influenza dell’osservatore sul comportamento delle particelle) e l'entanglement ( la non località delle particelle stesse). Per tali ragioni, la nuova unità di misura non è più il bit ma il qubit. Un computer quantistico si basa sul fatto che le proprietà quantistiche delle particelle possono essere utilizzate allo scopo di rappresentare strutture di dati ed eseguire operazioni su di esse. Un computer quantistico dovrebbe essere molto più veloce di un computer normale con tutte le conseguenze benefiche di tale caratteristica come ad esempio la fattorizzazione di numeri molto grandi.
La prima idea di computer quantico la espose Richard Feynman nel 1982 , da allora si sono fatti enormi progressi. Il più avanzato attualmente è Orion , un computer quantistico a 16 qubit che è diventato famoso per la risoluzione di problemi particolarmente difficili come 3 problemi difficilissimi di Sudoku. Il fondamento di tutta questa ricerca è che le particelle elementari non soddisfano le leggi della fisica newtoniana classica a cui siamo abituati nella vita di tutti i giorni, ma soddisfano le leggi della Meccanica Quantistica, teoria sviluppata dai fisici a partire dagli anni '30 per descrivere il mondo sub-atomico Ad esempio non è possibile fare una copia esatta di una particella sconosciuta, ovvero le fotocopiatrici quantistiche non esistono. Questo per la non località che è una delle leggi fondamentali della Fisica quantistica. Dunque, se da un lato le particelle elementari sono molto difficili da maneggiare, per le loro dimensioni infinitesimali, dall'altro grazie proprio alla Meccanica Quantistica è possibile utilizzarle per fare delle cose altrimenti impossibili. Ad esempio, per gli elaboratori quantistici esiste l'algoritmo di Shor per fattorizzare velocemente il prodotto di due numeri primi grandi. Questo problema matematico è alla base della sicurezza dell'algoritmo RSA e di altri algoritmi crittografici Asimmetrici, ed è quindi fondamentale per la sicurezza dei certificati digitali e della maggior parte dei protocolli di sicurezza informatica odierni. L'avvento di un elaboratore quantistico in grado di implementare l'algoritmo di Shor comporterebbe la fine della sicurezza garantita oggi da questi algoritmi.
L'altro principale algoritmo quantistico è l'algoritmo di Grover, che permette di effettuare velocemente ricerche in spazi non strutturati. E’ bene ricordare che gli scienziati russi sono quelli più all’avanguardia in questa tecnologia che stanno sviluppando nel laboratorio del MISIS (ex istituto di Mosca dell’Acciaio e delle Leghe), hanno sperimentato e misurato dei bit quantici superconduttori, o “qubit”, come vengono definiti dagli esperti, cioè l'unità di base per lo stoccaggio di informazioni quantistiche.. Il qubit fisicamente consiste in una sorta di stretto occhiello in metallo, che a bassa temperatura diventa un superconduttore; le dimensioni di questo occhiello sono 10-20 micron, ed è disgiunto tramite due interstizi. Dunque il qubit per poter diventare un vero e proprio gioiello della matematica, deve entrare nello stato di lavoro quantico, che può essere raggiunto solo dopo averlo raffreddato fino a una temperatura prossima allo zero assoluto, cioè inferiore ai -273 °C, e posto in un campo magnetico debole.
Il qubit può vivere allo stato quantico solo per un milionesimo di secondo, ma in quell’intervallo di tempo è in grado di computare centinaia di operazioni. Il progetto è guidato da Aleksej Ustinov brillante scienziato,vincitore di una borsa di studio di cinque milioni di dollari al concorso indetto dal Ministero della Pubblica Istruzione nell’ambito del progetto all’Università Nazionale di Ricerca Tecnologica MISIS, il nuovo laboratorio dell'Università è stato dotato delle più moderne attrezzature, che permettono di condurre esperimenti unici. Dunque il futuro dell’informatica è già diventato presente e con esso sembra prendere forma e sostanza concreta il sogno di Marinetti e dei Futuristi a partire dai primi anni del Novecento.