PC quantici

Si è tenuto ad Amsterdam nel mese di gennaio 2001 il quarto simposio internazionale sui calcolatori quantici. Oltre centocinquanta ricercatori da tutto il mondo, in rappresentanza di gloriosi istituzioni come il MIT e imprese d’avanguardia come IBM si sono riuniti sulle sponde del canale Kloveniersburgwal e hanno discusso per una intera settimana di uno degli argomenti più astrusi e insieme promettenti dell’informatica. Un calcolatore quantico, infatti, non esiste e non si sa se e quando potrà venire costruito. Tutti i computer esistenti -- dal primo ENIAC basato su valvole termoioniche costruito durante la seconda guerra mondiale, sino ai più moderni e veloci -- sono elettronici: i loro circuiti trasportano informazioni e le elaborano utilizzando correnti elettriche. Un calcolatore quantico, invece, dovrebbe sfruttare le particelle atomiche (o addirittura subatomiche) allo stesso scopo. Alcuni obiettivi sono palesi, se ci pensiamo: l’elaboratore sarebbe grandemente miniaturizzato e molto più veloce -- i PC moderni si avvicinano a grandi passi verso il punto in cui i limiti della velocità della luce non permetteranno ulteriori e regolari accelerazioni.
Ben più interessante è la promessa di sviluppare calcolatori massicciamente paralleli. I personal computer che troviamo sulla maggior parte delle scrivanie dei moderni uffici sono basati su un singolo microprocessore: una unica unità di elaborazione. Alcuni modelli utilizzati per compiti massicci -- come gli effetti speciali dei filmoni hollywoodiani -- montano più processori, ma raramente si vedono elaboratori con più di sedici unità di calcolo. In un computer quantico, invece, tutti i componenti lavorerebbero contemporaneamente e in collaborazione per macinare efficacemente calcoli che oggi sembrano intrattabili -- per esempio, privisioni del tempo valide oltre l’orizzonte di una settimana. Già nel 1994 un matematico, Peter Shor, ha dimostrato che un computer quantico dotato di una memoria di soli 1600 qubit (bit quantici) potrebbe sfruttare il suo parallelismo per decrittare qualsiasi comunicazione protetta dalla moderna crittografia. L’idea sottostante alla dimostrazione: un messaggio in codice può venire descrittato se si esegue un gran numero di tentativi, provando ogni possibile chiave di lettura.
Quest’anno però due scienziati, Gerald Gilbert e Michael Hamrick, hanno mostrato i risultati di una ricerca che promette di gettare le basi per una nuova forma di protezione: la crittografia quantica. Utilizzando il principio di indeterminazione di Heisemberg e altri fenomeni tipici del mondo subatomico sarebbe possibile proteggere un messaggio in modo tale che ogni tentativo di sprotezione autodistruggerebbe l’informazione stessa. I due americani sono riusciti a dimostrare una forma di crittografia quantica in azione su un tratto di fibra ottica e su una trasmissione da satellite. Ma la stessa natura della protezione rende impossibile creare un ripetitore, e quindi i messaggi protetti, spiegano Gilbert e Hamrick, possono venire diffusi solo verso un destinatario relativamente vicino al mittente.
Un altro gruppo di ricercatori ha cercato di realizzare un pre-prototipo di calcolatore quantico raffreddando allo zero assoluto le particelle utilizzate per la manipolazione delle informazioni. Secondo Edward Farhi e i suoi colleghi, questo proteggerebbe il sistema dai disturbi -- e su quella scala è sufficiente un raggio cosmico più forte della media per compromettere i risultati del calcolo.