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Uno dei luoghi più freddi dell’universo non si trova su qualche pianeta remoto né nel vuoto tra le galassie, ma dentro un laboratorio qui sulla Terra. I computer quantistici riescono infatti a scendere sotto la temperatura dello spazio profondo, che si attesta intorno ai 2,7 Kelvin per via del bagliore residuo del Big Bang. Il più recente sistema criogenico modulare di IBM viene raffreddato sotto i 15 millikelvin, cioè secondo l’azienda oltre 180 volte più freddo dello spazio profondo. Un soffio sopra lo zero assoluto.
Viene spontaneo chiedersi come si arrivi a tanto e soprattutto perché ne valga la pena. Il punto di partenza è ciò che va tenuto al gelo, ovvero il qubit.
Computer quantistici IBM: dal bit al qubit e il problema del calore
I computer tradizionali ragionano in bit, minuscoli interruttori che possono valere 1 oppure 0, acceso o spento. Il qubit somiglia più a una manopola, perché può assumere tante posizioni intermedie. La differenza ricorda quella tra un normale interruttore della luce e un dimmer. In più ogni qubit possiede una sorta di “direzione” che trasporta informazione, quindi può contenere più valori lungo due direzioni diverse. C’è poi un altro aspetto. I bit lavorano da soli, mentre i qubit possono essere collegati tra loro, tanto che conoscere lo stato di uno rivela qualcosa anche sugli altri. Basta immaginare una console di manopole connesse dove girarne una sposta anche le altre.
Un computer quantistico esegue algoritmi pensati perché le risposte sbagliate si annullino a vicenda e resti in piedi solo quella corretta, un po’ come le onde su un lago che in certi punti si cancellano e in altri si sommano. Queste manopole però sono estremamente delicate e qualsiasi disturbo esterno si propaga su tutte, alzando le probabilità di errore. Il calore altro non è che energia sotto forma di movimento e ne basta pochissima per far uscire un qubit dal suo stato, alterando il modo in cui interagisce con gli altri. Questa perdita si chiama decoerenza e più energia arriva alla macchina, meno precisi diventano i calcoli. Ecco perché IBM e le altre aziende del settore cercano di avvicinarsi il più possibile allo zero assoluto.
Frigoriferi a diluizione e strade alternative
Chi ha visto da vicino un computer quantistico avrà notato che somiglia a un lampadario fantascientifico, sospeso e sempre più stretto verso il basso. Quello è il frigorifero a diluizione, una pila di piastre metalliche ognuna più fredda di quella sopra. In cima c’è la temperatura ambiente, in fondo il punto più gelido, dove è appeso il processore. Il guaio è che i cavi di controllo dei qubit partono dalla temperatura ambiente e conducono calore, portando tepore proprio verso ciò che il frigorifero dovrebbe proteggere. Ne nasce un paradosso, perché più qubit significano più cavi e quindi una macchina più calda.
Non tutti però si affidano a un frigorifero gigante. Le macchine ad atomi neutri, come quelle costruite da QuEra, intrappolano singoli atomi in una piccola camera a vuoto e li raffreddano con i laser fino ai microkelvin, temperature più basse di quelle raggiungibili da qualsiasi frigorifero. Pareti e apparecchiature circostanti restano a temperatura ambiente e il problema dei cavi in gran parte sparisce. Discorso simile per le macchine fotoniche, che usano particelle di luce come qubit e fanno lavorare molti componenti a temperatura ambiente, anche se i rilevatori di singoli fotoni di solito richiedono ancora raffreddamento. Ogni strada scambia la questione del freddo con un’altra sfida, come intrappolare migliaia di atomi o rilevare con affidabilità i singoli fotoni.
Cosa cambia per password e bitcoin
Una volta sciolto il nodo del raffreddamento, un computer quantistico affidabile porterebbe benefici concreti ma anche rischi reali. Non sarebbe più rapido in tutto, però per alcuni problemi come la simulazione di molecole per nuovi farmaci potrebbe esserlo in modo drastico. Allo stesso tempo sarebbe in grado di violare la crittografia a chiave pubblica che protegge accessi e bitcoin. Una stima di Google Quantum AI del 2025 indicava che per forzare una chiave RSA 2048 standard basterebbe meno di 1 milione di qubit rumorosi, contro i 20 milioni calcolati nel 2019. Un documento di Google del 2026 ha poi fissato a meno di 500.000 la soglia per lo schema di firma di bitcoin. Le macchine attuali contano da qualche centinaio a poche migliaia di qubit, quindi lo scenario non è imminente. La contromisura esiste già, visto che il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha finalizzato ad agosto 2024 i primi standard di crittografia post quantistica, dichiarandoli pronti per l’uso immediato.
Fonte: TecnoAndroid