Il mercato rialzista nel battage dei computer quantistici

Un noto personaggio televisivo che conduce una trasmissione che parla del mercato azionario e di investimenti è solito affermare: "C'è sempre un mercato rialzista da qualche parte", il che significa che è sempre possibile trovare un'area che attira molto l'interesse degli investitori. Dato che il mercato azionario statunitense ha recentemente concluso il suo anno peggiore dal 2008, si potrebbe pensare che quell'affermazione sia stata smentita. Vorrei tuttavia presentare un'area in cui si può ancora trovare un mercato rialzista di questi tempi: il battage che circonda l'informatica quantistica.

L'evento che sembra aver stimolato l'entusiasmo per l'informatica quantistica è stata la vittoria del Premio Nobel per la Fisica 2022 da parte del fisico francese Alain Aspect, dell'austriaco Anton Zeilinger e dell'americano John Clauser, per il loro lavoro sull'entanglement delle particelle quantistiche. Le particelle quantistiche "aggrovigliate" sono al centro del calcolo quantistico.

Si pensa che, una volta risolti i bug, i computer quantistici potrebbero aprire nuove frontiere nella matematica e rivoluzionare lo sviluppo di prodotti chimici e farmaci industriali. Ma è il lato più oscuro dell'informatica quantistica che sembra aver stimolato l'immaginazione degli esperti, ossia il timore che i computer quantistici possano violare ogni protocollo di crittografia attualmente in uso, provocando così ogni sorta di scompiglio. Le chiavi crittografiche proteggono la maggior parte delle comunicazioni online, comprese le operazioni finanziarie e le popolari app di messaggistica. Un pratico computer quantistico potrebbe presumibilmente decifrare queste chiavi in meno di un giorno. Il CEO di un'importante società di sicurezza informatica ha recentemente riferito che criminali e altri malintenzionati stanno già lanciando attacchi "archivia ora-decrittografa in seguito", rubando dati ora per la decrittazione futura con computer quantistici non ancora esistenti.

Il Department of Homeland Security afferma che questo tipo di decrittazione potrebbe essere fattibile entro il 2030. Questo è un dilemma per le entità che hanno molti dati proprietari crittografati: la difesa, l'intelligence governativa e le istituzioni finanziarie sono probabilmente nervose all'idea del calcolo quantistico. Non c'è da stupirsi che il NIST abbia lanciato il cosiddetto National Cybersecurity Center of Excellence. Il suo obiettivo è sviluppare la crittografia post-quantistica, che i computer quantistici non possano decifrare.

Prima di iperventilare sui pericoli dell'informatica quantistica tra sette anni, potrebbe essere utile fare il punto della situazione oggi. Un ricercatore della Keio University di Tokyo ha affermato che l'informatica quantistica è ora in una fase simile a quella che ha attraversato l'informatica classica alla fine degli anni '80. A mio avviso, è generoso. Mentre alla fine degli anni '80 i computer erano venduti al pubblico nei negozi, oggi i computer quantistici esistono solo nei laboratori e devono essere gestiti da team di ricercatori. Inoltre, oggi i computer quantistici sono sia computazionalmente piccoli (il più grande è l'IBM Osprey con 433 qubit) sia "rumorosi", nel senso che falliscono in quasi tutte le attività.

Considerate un computer quantistico chiamato Sycamore sviluppato da Google. Attualmente ha un processore da 54 qubit e deve stare in un cilindro di azoto liquido alto 2 metri per almeno un giorno prima che i componenti superconduttivi da cui dipende siano abbastanza stabili da poter essere utilizzati. Si dice che uno dei risultati prodotti da Sycamore sia la capacità di contare fino a quattro. E secondo quanto riferito, il processore Sycamore fa in media un errore ogni mille passaggi circa.

Ovviamente, un lavoro utile su un computer quantistico richiede più di mille passaggi. Gli algoritmi eseguiti dai computer quantistici consistono essenzialmente in moltiplicazioni di vettori matriciali. Per ottenere risultati significativi, un programma deve essere eseguito decine di migliaia di volte, dopodiché le tecniche di elaborazione del segnale selezionano i risultati da una valanga di dati.

La tolleranza ai guasti è un grosso problema dei computer quantistici, perché le macchine quantistiche odierne ne producono così tanti. Si potrebbe pensare che la situazione possa essere migliorata esaminando lo stato dei qubit mentre il processore è in esecuzione. Ma il problema è che misurare un qubit deteriora il calcolo. E non sono solo le misurazioni effettuate da osservatori coscienti a causare problemi; anche le interazioni con l'ambiente confondono i risultati allo stesso modo.

Alcuni ricercatori pensano che potremmo vedere il primo qubit completamente tollerante ai guasti tra un anno circa. Tuttavia, i computer in grado di ospitare qubit tolleranti ai guasti saranno, almeno per il prossimo futuro, probabilmente enormi. Ad esempio, Google sta approntando un computer quantistico che risiederà in un congelatore delle dimensioni di un garage.

Questi fattori fanno venire in mente le parole del mio primo capo. Gli piaceva dire ai giovani ingegneri eccessivamente ottimisti: "Hai problemi che non sai nemmeno di avere ancora", quando si preparavano al primo importante progetto della loro carriera.

Questa osservazione potrebbe anche essere vera per i computer quantistici che sembrano più sforzi di ricerca che predecessori ai cracker di criptovalute. Magari potremo vedere in futuro computer quantistici con le capacità super-decrittografiche che preoccupano il Department of Homeland Security. Ma il mio vecchio capo potrebbe ridicolizzare al lasso di tempo di sette anni nello stesso modo in cui ha liquidato l'esuberanza dei suoi ingegneri ancora in erba.