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IBM Q: il futuro passa per i computer quantistici

Ed il colosso americano è in prima linea

Era il 16 giugno 1911, esattamente 108 anni fa, quando la società che sarebbe diventata IBM fu fondata ad Armonk, negli USA. In più di un secolo questa azienda, tra le più importanti nel settore dei computer e dell’informatica, si è reinventata come leader dei servizi business digitali e della ricerca. Quest’ultimo aspetto, in particolare, è sicuramente vero per il ramo della compagnia dedicato ai computer quantistici, chiamato IBM Q, responsabile di moltissimi progressi del settore.

Proviamo quindi, in occasione di questo anniversario, a capire il perché di tutto questo fermento, chiarendo i concetti più o meno vaghi che spesso si sentono in merito e analizzando il lavoro fatto da IBM in questi anni.

Quantum Computers 101: partiamo dalle basi

In un computer tradizionale, come quello da cui state leggendo questo articolo, le informazioni sono immagazzinate e processate sotto forma di bit. Il valore di ogni bit può essere solo 0 o 1, senza via di mezzo. Se a prima vista questo metodo di accumulare le informazioni può sembrare banale, grazie all’enorme quantità di bit e all’incredibile velocità di calcolo i computer riescono a fare cose straordinarie, risolvendo problemi altrimenti impossibili da affrontare per noi esseri umani.

bit qubit

Di contro, nel campo dei computer quantistici, troviamo i qubit, ovvero i quantum bit. Si tratta di bit il cui valore può esistere come una sovrapposizione dei valori 0 ed 1. Questo cosiddetta superposizione dura fino a che non si va a leggere il qubit, momento nel quale il valore viene definito 0 oppure 1.

La natura quantistica dei qubit li rende ideali per problemi con una forte componente probabilistica o per modellizzare sistemi intrinsecamente quantistici, come atomi e molecole. L’avvento di computer quantistici abbastanza potenti ci permetterà di fare progressi incredibili in campi come la crittografia o la chimica quantistica.

Non sono però pochi i problemi da risolvere per creare un computer quantistico nel mondo reale. Il più complicato di tutti è probabilmente quello della stabilità dei qubit. Qualunque disturbo del sistema rischia di alterare i bit, corrompendoli e portando alla perdita dei dati. Nonostante tutti gli accorgimenti presi dai ricercatori, i qubit hanno ancora una vita estremamente breve, e si possono fare quindi solo poche operazioni prima di doverli ripristinare. Inoltre, sempre per una questione di stabilità, per ora si riesce a gestire solo un numero ridotto di qubit (massimo una ventina nei sistemi più avanzati), limitando ulteriormente la capacità di calcolo.

IBM Q: i computer quantistici aperti a tutti

Implementare quindi nella pratica un computer quantistico è estremamente difficile. Ma non è impossibile: molte aziende e colossi tecnologici stanno facendo progressi in questo settore, con i primi modelli più o meno sperimentali di computer disponibili ai ricercatori. Uno dei computer quantistici più popolare tra quelli attualmente esistenti è l’IBM Q System One, assemblato per la prima volta due anni fa a Milano con il contributo di Goppion. Da allora, l’azienda ha installato diversi modelli, con processori a 5 o 16 qubit, in giro per il mondo nei suoi vari centri di ricerca.

ibm q inside

Per evitare i suddetti problemi di instabilità, IBM raffredda i suoi sistemi ad una temperatura (4 K) inferiore a quella del vuoto spaziale. Degli algoritmi di verifica degli errori, inoltre, sono implementati per tenere sotto controllo lo stato dei qubit.

Ma la forza dei computer di IBM non sta solo nell’hardware, quanto nel software e nella community di programmatori e appassionati. Infatti l’azienda ha installato diversi modelli di questo computer in giro per il mondo e ha permesso ai membri della IBM Q Network di accedere alla potenza di calcolo di queste macchine da remoto. In questo modo, per la prima volta, il calcolo quantistico esce dai laboratori di ricerca ed è messo a disposizione di chiunque voglia esplorare questo nuovo ed eccitante settore. La piattaforma alla base delle applicazioni di quantum computing, chiamata Qiskit, è open-source e quindi aperta a tutti. IBM offre inoltre, con IBM Q Experience, dei manuali ed un tool di programmazione grafica a blocchi per creare dei circuiti quantistici, anche molto semplici, da testare con un simulatore o con una vera e propria CPU quantistica.

IBM Q Experience

Lo scopo di tutto questo programma, oltre che educativo e promozionale nei confronti della stessa azienda, è quello di gettare le basi per una nuova generazione di programmatori in grado di avere a che fare con macchine quantistiche. I quantum computer non sostituiranno probabilmente mai le macchine tradizionali, molto più stabili, comprensibili e ottimizzate per la maggior parte delle operazioni, ma le affiancheranno. I programmatori di domani (ma anche di oggi) dovranno essere quindi in grado, all’interno dei loro codici, di invocare, dove serve, la capacità di calcolo di una macchina quantistica, sia questa in locale piuttosto che in cloud.

Se questo breve scorcio sul mondo dei computer quantistici vi ha stimolato, potete trovare le risorse per capire meglio questo mondo e le sue opportunità sul sito ufficiale di IBM Q.

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Giovanni Natalini

Chi mi conosce mi definisce come una persona 'entusiasta' e 'appassionata': scienza, tecnologia, ma anche fumetti, podcast, meme, Youtube e videogiochi. A tempo perso, sto finendo una laurea magistrale in Ingegneria Elettronica.
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