L'era quantistica non è più fantascienza. La rivoluzione Internet sicuro e a tempo zero
16 Maggio 2024 - 10:00Un chip al silicio ultra-puro per i qubit e la prima trasmissione web inviolabile: la svolta epocale passa (di nuovo) dai semiconduttori per calcolatori non binari e dalle particelle nella rete a fibra ottica
Computer quantistici con potenze di calcolo immense e una internet quantistica sicura e impenetrabile. Potrebbe sembrare l'introduzione di un romanzo fantascientifico, dove i quanti riscrivono l'universo informatico.
Invece, nel 2024, diventano un futuro possibile e sempre più vicino.
Da un lato, un chip al silicio ultrapuro accelera la corsa alla costruzione dei computer quantistici, grazie alla scoperta dei ricercatori delle università di Manchester e Melbourne guidati da Richard Curry e David N. Jamieson, e pubblicata su Communications Materials.
Dall'altro, la prima concreta trasmissione supersicura dell'internet quantistica. I ricercatori dell'università di Harvard, guidati da Mikhail Lukin, hanno trasmesso dati nella forma di particelle di luce attraverso la tradizionale rete a fibra ottica a una distanza di 50 chilometri.
Ma per comprendere l'importanza della rivoluzione informatica in corso occorre fare un passo indietro.
In principio, erano i bit. Unità fondamentali di informazione che compongono i chip dei computer che usiamo ogni giorno, proprio come quello da cui sto scrivendo, e che parlano il codice binario. Lunghe sequenze di 0 e 1, che si snocciolano trasmettendo informazioni. Fin dai primi PC, abbiamo assistito a una veloce evoluzione: chip sempre più potenti, computer in grado di svolgere calcoli complessi in tempi più rapidi. E la rete internet, dove lungo la cablatura i bit viaggiano portando le informazioni altrove, sempre col rischio di essere intercettati e svelati, se non opportunamente criptati e protetti.
A riscrivere le regole, però, è arrivata la meccanica quantistica. Immaginate un'unità fondamentale di informazione quantistica, che non si limita al codice binario, ma introduce complessità. Gli stati non sono più solo 0 e 1, bianco o nero, ma possono esistere in uno stato di sovrapposizione contemporaneamente. Immaginate, poi, un internet dove le informazioni viaggiano attraverso particelle di luce e comunicano sfruttando l'entanglement, una sorta di connessione istantanea tra atomi. Per questa proprietà fisica, le particelle comunicano tra loro anche a grandi distanze, senza che alcuno possa intercettare e decifrare i loro messaggi.
Dalla prima intuizione nascono i quantum bit, o qubit, i mattoni alla base della costruzione dei futuri, ma non più così lontani, computer quantistici. Un elettrone o un atomo che, immerso in un campo magnetico e isolato dall'ambiente esterno, riesce a elaborare gli input che riceve nello stesso momento, aumentando esponenzialmente la potenza di calcolo della macchina.
Da allora, i ricercatori cercano di trovare il Santo Graal della computazione quantistica: un materiale che permetta di realizzare dei chip che siano in grado di ospitare i qubit e consentirgli di lavorare a piena potenza.
Ad oggi, si stanno sperimentando diverse tecnologie, tutte ancora in fase embrionale di sviluppo, per diffondere la potenza del calcolo quantistico. La principale differenza tra i diversi prototipi di computer quantistici si basa sulla tecnologia adottata per realizzare i qubit, ma segue un obiettivo comune: tenere i qubit isolati dall'ambiente. La temperatura, le vibrazioni e anche il minimo campo elettromagnetico influenza lo stato di sovrapposizione dei qubit, rendendoli inutilizzabili.
Ad esempio, i computer quantistici a qubit superconduttori sono stabili e permettono calcoli complessi, ma per poter funzionare i qubit devono trovarsi a temperature che sfiorano lo zero assoluto (-273,15 °C), richiedendo imponenti e costosi sistemi di raffreddamento. Per questo si trovano in centri di ricerca e università.
I computer basati sui qubit a punti quantici, invece, sfruttano chip per creare dei punti quantici in un semiconduttore, così che il qubit venga isolato a sufficienza per garantire coerenze nei calcoli e stabilità. Un vantaggio enorme perché potrebbero essere realizzati su larga scala con tecniche di produzione che sono simili a quelle dell'elettronica classica e funzionare anche a temperatura ambiente.
Dall'entanglement, invece, nasce l'internet quantistica. La trasmissione dei pacchetti di dati digitali sfrutta la classica rete in fibra ottica affinché i qubit entangled si scambino informazioni a grandi distanze, proprio come fossero vicini. Un risultato reale e riproducibile, come quello realizzato per la prima volta dai ricercatori di Harvard. Come per i quantum PC, la sfida è realizzare qubit stabili, che riescano a mantenere lo stato e trasportare i pacchetti di dati per un tempo definito.
Un computer quantistico sarebbe in grado di svolgere calcoli complessi in tempi rapidissimi, portando alla scoperta di nuove molecole, che troverebbero applicazione sia nello sviluppo di farmaci che di materiali innovativi. Sarebbero minaccia e salvezza: in grado di decifrare gli attuali sistemi di crittografia in poco tempo, con rischi concreti per la sicurezza informatica a qualsiasi livello, ma ponendo le basi per lo sviluppo di nuovi e ancor più indecifrabili sistemi crittografici.
E in ultima applicazione, ma non per minor importanza, c'è l'intelligenza artificiale. ChatGPT di OperAI e Gemini di Google rappresentano una rivoluzione industriale che si è diffusa rapidamente in tutto il mondo e che già appare inarrestabile. Gli algoritmi intelligenti trovano soluzioni in modo rapido, pongono nuovi problemi ma rappresentano l'onda di una innovazione che non può essere arrestata.
Immaginate, dunque, un ChatGPT o un Gemini quantistico: potenza di calcolo illimitata per un algoritmo già in grado di rivoluzionare. Croce e delizia della sfida a un'intelligenza artificiale che, se quantistica, non stenterebbe a desiderare da semplice algoritmo esecutore di istruzioni a poter divenire quasi umano.
E immaginate un internet quantistica che porta informazioni illimitate, in tempi ridotti e in modo del tutto sicuro e indecifrabile.
I limiti, quindi, non mancano. Realizzare dei qubit stabili è una vera e propria sfida. Una sfida fatta di tante piccole battaglie finora vinte, dove passo dopo passo si apre alla potenza dei computer quantistici e all'internet quantistica.
Qui ci si trova a un bivio cruciale. I computer quantistici sono una realtà, per quanto ancora limitata e poco stabile. La prima trasmissione supersicura tra particelle di luce, invece, dimostra che siamo sulla via giusta per la rivoluzione della rete.
La strada da fare per realizzare qubit stabili per garantire potenza di calcolo e capacità di trasmissione, al momento, appartiene solo a questo regno di sporco silicio e fibra ottica.
Con queste nuove scoperte, però, ci ritroviamo in un futuro che ha il sapore di una quasi realtà verso l'informatica quantistica di consumo, tra silicio ultra-puro e particelle di luce che indicano la via.