Si sente sempre più parlare di computer quantistici e di come questi rivoluzioneranno l’informatica del futuro. Quale sarà il reale impatto di questo nuovo modello nell’era computazionale e come è corretto prepararsi? Bisogna prima di tutto chiarire che il computer quantistico non sarà un sostituto degli attuali supercomputer nella maggior parte delle applicazioni.
Si deve inoltre considerare che, al momento, i computer quantistici per funzionare hanno bisogno di infrastrutture molto complesse e ingombranti che permettano loro di operare a temperature inferiori a quelle dello spazio interstellare. Riteniamo quindi che, ancora per molti anni, i computer quantistici risiederanno ancora in data center specializzati per il loro funzionamento e li si potrà utilizzare in cloud per risolvere alcuni problemi molto complessi fino ad ora non trattabili o che richiedono tempi di calcolo troppo lunghi.
Gli ambiti che potranno beneficiare di questo tipo di computazione sono la fisica e la chimica quantistica, gli algoritmi di ottimizzazione, la simulazione di scenari complessi e i sistemi di intelligenza artificiale. I primi computer quantistici sono ormai a disposizione di tutti in cloud.
L’attuale potenza di questi processori non dà ancora vantaggio rispetto all’utilizzo di un calcolatore tradizionale. Le competenze necessarie per utilizzare un computer quantistico richiedono però molto tempo per essere sviluppate ed è per questo che i tempi sono maturi per gli sviluppatori per cominciare ad affrontare le prime sperimentazioni.
Le principali domande da porsi sono quindi: Quando avremo applicazioni quantistiche? IBM ritiene che nei prossimi anni gli effetti dell’informatica quantistica andranno oltre il laboratorio di ricerca. IBM ha fatto progressi significativi in questo senso quando ha presentato IBM Q System One a gennaio. È il primo sistema di calcolo quantistico universale completamente integrato del settore, progettato e costruito per un uso scientifico e commerciale su larga scala.
Quale vantaggio avrà il business o l’attività di ricerca dall’uso della computazione quantistica in termini di migliore accuratezza e riduzione dei tempi di calcolo? In primo luogo, bisogna tenere presente che i computer quantistici utilizzano i fenomeni fisici naturali per manipolare le informazioni attraverso la meccanica quantistica.
Queste proprietà rendono tali computer capaci di simulare molecole e reazioni molecolari, che potrebbero aiutare nello sviluppo di molti composti, dai farmaci ai nuovi materiali. Nella finanza, invece, la potenza esponenziale di un computer quantistico potrebbe fornire maggior accuratezza e velocità per il calcolo del rischio sui prodotti in portafoglio.
BIT E QUBIT
Nella computazione quantistica l’unità di informazione è il qubit, che sostituisce il bit del modello tradizionale. A differenza del bit, che può assumere solo due valori (0 o 1) il qubit può essere in una combinazione di stati di calcolo – un fenomeno chiamato sovrapposizione. I qubit possono inoltre essere messi in un particolare stato di correlazione detto entanglement, che permette a un gruppo di qubit di rappresentare un numero di stati esponenzialmente elevato. Ad esempio, 50 qubit, possono rappresentare più di un quadrilione di dati, simultaneamente.
ANALISI DEL RISCHIO CON I COMPUTER QUANTISTICI
Gli istituti finanziari eseguono quotidianamente algoritmi molto complessi per la valutazione del valore e del rischio del proprio portafoglio titoli, ma i tempi per calcolare questi dati hanno necessità di essere ridotti. Gli algoritmi quantistici promettono una riduzione quadratica nei tempi di esecuzione e un aumento significativo nell’accuratezza del calcolo di questi parametri. Nel numero dell’8 febbraio di npj-Quantum Information, gli scienziati IBM Q e JPMorgan Chase hanno pubblicato un articolo, Quantum Risk Analysis, che mostra come un algoritmo quantistico generico, quando computer quantistici sufficientemente grandi saranno disponibili, può essere utilizzato al posto degli algoritmi classici per analizzare il rischio finanziario.
NUOVI MODELLI CRITTOGRAFICI
Mentre siamo a molti anni di distanza da computer quantistici universali con milioni di qubit, abbiamo già sviluppato protocolli crittografici a sicurezza quantistica in grado di proteggere i nostri dati. La crittografia basata su reticolo è una tecnica radicata nell’algebra lineare. Fornisce primitive fondamentali veloci, sicure dal punto di vista quantitativo e permette la costruzione di primitivi (schemi di crittografia) che prima erano ritenuti impossibili.
PROGRAMMARE UN COMPUTER QUANTISTICO
Programmare un computer quantistico è profondamente diverso da programmare un computer classico. Per questo motivo IBM ha sviluppato la piattaforma software open source IBM Q Experience e Qiskit (Quantum information science kit), che consente a sviluppatori, esperti di settore, scienziati e persino studenti di utilizzare i notebook Jupyter e Python per scrivere i propri programmi che vengono trasposti su un hardware quantistico reale. Ad oggi, più di 120mila utenti hanno eseguito più di 10 milioni di esperimenti su sistemi IBM Q e hanno pubblicato più di 160 articoli basati su questi esperimenti.
