di Erika Jonietz
I computer hanno ormai invaso il mondo commerciale e scientifico e le loro prestazioni sono sempre più rapide. Tuttavia i ricercatori si trovano di fronte quotidianamente a problemi impossibili da risolvere anche per i più potenti supercomputer. La soluzione potrebbe essere il computer quantistico, che ha la possibilità di sfruttare le fantastiche proprietà dei meccanismi quantici per venire a capo di questi problemi nell’arco di secondi e non di secoli. Sin dagli anni 1980 i fisici dei laboratori universitari e di aziende come IBM, Hewlett-Packard e NEC hanno messo alla prova una varietà di approcci al calcolo quantistico, ma nessuno sembra in grado di dare vita a una macchina funzionante in meno di 10 anni.
Invece D-Wave Systems, una startup di Vancouver, progetta di costruire un computer quantico nei prossimi 3 anni. Non si tratta della macchina completamente funzionale che tutti prevedevano. D-Wave è intenzionata a produrre uno speciale pezzo di hardware quantico “rumoroso” che potrebbe risolvere molti dei problemi di simulazione fisica che mettono in imbarazzo i computer attuali, afferma David Meyer, un matematico che si occupa di algoritmi quantici all’Università della California, a San Diego.
La differenza tra il sistema di D-Wave e altri progetti di computer quantistici risiede nelle proprietà particolari dei meccanismi quantici che la startup sfrutta. Gli altri sistemi si basano su una proprietà chiamata entanglement (ingarbugliamento), per cui due particelle che hanno interagito nel passato, anche se ora spazialmente separate, possono ancora influenzare i rispettivi stati. Ma questa interdipendenza è facilmente interrotta dalla interazione delle particelle con il loro ambiente. Il progetto di D-Wave, invece, prende spunto da una proprietà più robusta della fisica quantistica conosciuta come effetto tunnel, che permette alle particelle di saltare “magicamente” da un punto a un altro.
Costituita nel 1999, ad aprile, D-Wave è nata da una serie di conversazioni tra studenti e professori della University of British Columbia. Nel corso degli anni l’azienda ha accumulato proprietà intellettuale e ha precisato i suoi obiettivi, raccogliendo quasi 18 milioni di dollari di finanziamento, inizialmente da singoli investitori e più recentemente dai governi tedeschi e canadesi e da aziende di venture capital. D-Wave prevede di completare un congegno prototipale per la fine del 2006; una versione in grado di risolvere i problemi commerciali potrà essere disponibile nel 2008, afferma il presidente e amministratore delegato Geordie Rose.
L’aggressività della tabella di marcia dell’azienda è resa possibile dalla semplicità del progetto del dispositivo: un chip analogico realizzato con superconduttori a bassa temperatura. Il chip deve essere raffreddato a -269°C con elio liquido, ma non richiede laser ultramoderni, pompe a vuoto e altri macchinari complicati di cui hanno bisogno gli altri computer quantistici.
Si possono anche utilizzare le tecniche litografiche normalmente adottate per i tradizionali chip per computer, semplificando ulteriormente la produzione. D-Wave modella sul chip una serie di circuiti di semiconduttori a bassa temperatura come l’alluminio e il niobio. Quando l’elettricità scorre al loro interno, i circuiti agiscono come minuscoli magneti. I magneti refrigerati vibreranno naturalmente in modo da unirsi, minimizzando l’energia tra loro. I circuiti nel chip di D-Wave si comportano in modo simile, “spostando” la direzione del flusso di corrente dal senso orario a quello antiorario per ridurre al minimo il flusso magnetico tra loro. Per affrontare questo problema, il chip è programmato per far scorrere la corrente attraverso i circuiti in una particolare direzione. I circuiti vibrano allora automaticamente finchè non raggiungono uno stato d’energia stabile, che rappresenta la soluzione del problema.
Il primo computer di D-Wave non sarà in grado di mantenere la promessa più pubblicizzata dell’informatica quantistica: scomporre in fattori i numeri estremamente grandi, elementi cardine dei moderni sistemi crittografici, con una velocità esponenzialmente più rapida di qualsiasi computer esistente. Sarà invece adatto per risolvere problemi come quello “classico” del commesso viaggiatore alla ricerca del percorso più breve tra alcune città. Se la loro complessità cresce, questo tipo di problemi diventano difficilmente gestibili da parte dei computer tradizionali perché prevedono la ricerca di ogni possibile risposta. Alla ricerca del suo stato di energia ottimale, il chip di D-Wave esegue perfettamente e automaticamente il calcolo, in pochi secondi. Le applicazioni – alcune del valore di miliardi di dollari – includono l’ottimizzazione di percorsi di trasporto, patrimoni finanziari e persino la configurazione dei normali chip per computer. Oliver Downs, un collaboratore di D-Wave, sostiene che il chip dell’azienda dovrebbe anche garantire prestazioni eccellenti anche con altri sistemi quantistici, come le interazioni molecolari che caratterizzano i nanomateriali o i farmaci.
Anche se più affidabili dei tipici computer quantistici, i sistemi di D-Wave saranno ugualmente delicati. Pertanto l’azienda preferisce vendere soluzioni più che computer, spiega Rose. Un cliente inserirà un programma sul suo computer per risolvere un determinato problema. Se il programma si troverà di fronte a una parte “irrisolvibile” del problema, si collegherà a distanza al computer di D-Wave per eseguire una subroutine. “In numerose applicazioni specializzate questo hardware dedicato ha una superiorità potenziale sul software più sofisticato che gira su un normale computer“, dice Meyer della UCSD.
E mentre molti approcci all’informatica quantistica hanno fallito, scontrandosi con i limiti dei laser e di altre apparecchiature, Downs ritiene che i primi risultati sperimentali di D-Wave indichino che il suo chip è sulla strada giusta. Anche se Meyer afferma di non poter valutare se l’azienda rispetterà le scadenza che ha programmato, egli crede che avrà successo nella produzione di una macchina che sarà in grado di risolvere esattamente i tipi di problemi previsti. “D-Wave ha impiegato ottimi ricercatori ed esperti del settore molto preparati“, conclude Meyer. “è il modo migliore per ottenere risultati importanti in breve tempo“.
Azienda: D-Wave Systems
Sede centrale: Vancouver, British Columbia
Capitale investito: 22 milioni di dollari canadesi (circa 17 milioni e mezzo di dollari statunitensi)
Principale investitore: Draper Fisher Jurvetson
Fondatori: Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens, Haig Farris
Tecnologia: Computer quantico
