Google dice di avere ottenuto un risultato senza precedenti nell’informatica quantistica

Google ha annunciato di avere raggiunto la “supremazia quantistica”, un obiettivo molto importante e atteso da tempo nella ricerca di sistemi alternativi e più potenti ai tradizionali computer. I dettagli dell’esperimento sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature e stanno facendo discutere, perché il tema è molto delicato e vede impegnati da decenni numerosi gruppi di ricercatori e alcune delle aziende informatiche più grandi al mondo, come Intel e IBM, che ha contestato parte delle affermazioni fornite dal gruppo di lavoro di Google.

Anche se il termine può sembrare altisonante e un filo arrogante, con “supremazia quantistica” si intende la capacità di risolvere un problema che i classici computer non possono risolvere in tempi umani ragionevoli. Semplificando moltissimo: Google ha chiesto al suo sistema quantistico di svolgere un’operazione matematica complessa generando numeri a caso. L’operazione avrebbe richiesto 10mila anni per essere svolta dal più potente supercomputer oggi disponibile, ma Google invece ha ottenuto una risposta in appena 200 secondi.

Il sistema che ha consentito di raggiungere questo risultato è ancora a uno stadio primordiale di sviluppo e saranno necessari anni di ricerche e innovazioni prima che possa essere integrato in un dispositivo e impiegato al posto dei tradizionali computer. Per molti ricercatori il risultato è comunque paragonabile ai primi passi in una nuova era tecnologica, come avvenne per esempio 62 anni fa quando l’Unione Sovietica mise in orbita il primo satellite artificiale nella storia dell’umanità (lo Sputnik 1): emetteva un semplice “bip”, eppure aprì la strada a tecnologie che oggi ci consentono di comunicare, osservare i cambiamenti del nostro pianeta e studiare galassie a miliardi di anni luce da noi.

Un sistema quantistico funziona in modo diverso rispetto a un normale computer, al punto da richiedere un po’ di ginnastica mentale per comprenderne le caratteristiche. Senza entrare troppo nel dettaglio e aggiungere complicazioni: un computer tradizionale – come quello su cui state leggendo questa notizia (vale anche per gli smartphone, che sono computer tascabili) – funziona eseguendo calcoli basandosi sui “bit”, unità di informazione che possono assumere due valori: 1 o 0 (pensatela come un’interruttore che può essere aperto o chiuso).

Nei computer quantistici le cose sono un po’ più complicate, perché un singolo oggetto può comportarsi come una combinazione di due oggetti separati nello stesso momento, se è estremamente piccolo o si trova a una temperatura estremamente bassa. Sfruttando questa caratteristica, i ricercatori possono costruire un “qubit” (“quantum bit”), che può contenere una combinazione di 1 e 0. Due qubit possono quindi assumere quattro valori in una volta sola, e così via, con numeri che crescono esponenzialmente man mano che aumentano i qubit. L’aumento è tale da rendere un computer quantistico enormemente più veloce e potente dei computer che utilizziamo oggi basati sui bit.

Come avrete intuito ci dev’essere però un problema da qualche parte, altrimenti già oggi avremmo smartphone quantistici in tasca. Il problema, che tiene impegnati da decenni i ricercatori, è che i quibit sono piuttosto difficili da gestire. Tenerli insieme è complicatissimo e isolarli dal resto, per sfruttarne le caratteristiche, è così difficile da avere spinto i ricercatori a usare molto la loro inventiva per venirne a capo.

La risposta più promettente è arrivata una ventina di anni fa, quando alcuni ricercatori in Giappone misero a punto dei qubit basati su alcuni superconduttori. Durante i loro esperimenti, notarono che alcuni tipi di metalli consentivano di ottenere qubit più facili da gestire, se raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto (la temperatura più bassa teoricamente ottenibile, oltre -270 °C).

Da allora, le più grandi aziende informatiche e numerosi centri di ricerca spesso finanziati con centinaia di milioni di dollari hanno adottato quel metodo. È per questo motivo che i loro sistemi ricordano più un frigorifero che un normale computer. Sono solitamente grandi cilindri di metallo che raggiungono temperature bassissime al loro interno, dove si trovano i componenti per svolgere i calcoli. È utilizzando una macchina come questa che Google è infine riuscita a raggiungere la “supremazia quantistica”, grazie al lavoro di un suo gruppo di ricerca nei laboratori di Santa Barbara, in California.

La notizia sull’importante risultato era stata diffusa accidentalmente a fine settembre, quando una versione dello studio era stata brevemente pubblicata online. La sua comparsa aveva attirato la curiosità di molti ricercatori, in un settore dove la competizione accademica e tra le aziende è molto alta, e tutti si tengono d’occhio.

In vista della pubblicazione ufficiale su Nature, lunedì 21 ottobre IBM aveva pubblicato un proprio articolo, mettendo in dubbio i risultati ottenuti da Google. Secondo l’azienda, l’elaborazione richiesta al sistema quantistico poteva teoricamente essere eseguita da un supercomputer tradizionale in circa due giorni e mezzo, e non 10mila anni come sostenuto da Google. Per questo motivo, secondo IBM non si potrebbe ancora parlare di “supremazia quantistica”, perché il sistema di Google di fatto non avrebbe capacità così superiori rispetto a quelli tradizionali. Secondo altri ricercatori, l’esperimento non avrebbe dimostrato molto perché al sistema è stato chiesto di produrre numeri a caso, un processo che difficilmente potrebbe essere utilizzato per qualcosa di pratico.

Google ha sostanzialmente respinto le affermazioni di IBM, concedendo che comunque ci si sta muovendo in un ambito della ricerca ancora poco esplorato e che proposte per produrre simulazioni più realistiche sono bene accette, nell’ottica di fare avanzare ulteriormente la ricerca. Se si escludono queste dispute, l’esperimento di Google è servito comunque a dimostrare che un sistema complesso quantistico è sufficientemente affidabile per eseguire un compito.

Saranno necessari ancora anni prima di avere un computer quantistico completo vero e proprio, per il quale non sono nemmeno ancora completamente chiari gli impieghi. I ricercatori ritengono che sistemi con enormi capacità di calcolo consentiranno di realizzare sistemi di intelligenza artificiale più potenti e affidabili degli attuali, di creare simulazioni in numerosi ambiti, come quelli della meteorologia e della climatologia, senza contare i sistemi per elaborare nuove molecole per i farmaci di prossima generazione.