QUANTUM COMPUTER: QUANTO È LONTANO IL FUTURO?

Dalle macchine a pochi millikelvin al calcolo quantistico di uso comune

Quando nel secondo dopoguerra comparvero i primi computer elettronici, occupavano intere stanze, consumavano enormi quantità di energia, richiedevano personale specializzato e costavano somme accessibili soltanto a governi, università e grandi imprese.

Pochi decenni dopo il computer era sulla scrivania.

Poi nella borsa.

Infine nella tasca.

È naturale chiedersi se il computer quantistico stia percorrendo la stessa strada. Oggi vediamo grandi cilindri criogenici, laboratori protetti dalle vibrazioni, fasci laser, elettronica sofisticatissima e macchine dal costo di milioni di euro. Dobbiamo semplicemente aspettare che la miniaturizzazione faccia il proprio lavoro?

La risposta più interessante è: probabilmente no.

Il computer quantistico non è semplicemente un computer ancora troppo grande e costoso in attesa di diventare piccolo. È una macchina fondata su principi fisici differenti, destinata con ogni probabilità a occupare un posto differente nell’ecosistema informatico.

E per comprendere quanto siamo lontani dalla sua diffusione bisogna innanzitutto abbandonare l’immagine del futuro PC quantistico sulla nostra scrivania.

IL COMPUTER QUANTISTICO NON È UN COMPUTER PIÙ VELOCE

Cominciamo dalla distinzione fondamentale.

Un computer quantistico non esegue necessariamente meglio le operazioni che svolgiamo quotidianamente su un computer classico.

Scrivere un documento, gestire un database aziendale, navigare sul Web, riprodurre un film, elaborare una fotografia o amministrare la contabilità non diventano magicamente più efficienti perché vengono utilizzati dei qubit.

Il vantaggio quantistico riguarda particolari classi di problemi nelle quali proprietà come sovrapposizione, interferenza ed entanglement possono essere utilizzate algoritmicamente.

La prospettiva più realistica è quindi quella di un’informatica eterogenea.

CPU per determinati compiti.

GPU per altri.

Acceleratori dedicati all’intelligenza artificiale per altri ancora.

E QPU — Quantum Processing Unit — quando il problema possiede una struttura adatta al calcolo quantistico.

Il computer quantistico del futuro potrebbe quindi assomigliare meno al successore del personal computer e molto più a un acceleratore estremamente specializzato collegato all’infrastruttura informatica tradizionale.

IL PROBLEMA FONDAMENTALE: I QUBIT SONO FRAGILI

Il bit classico possiede una caratteristica straordinariamente utile: è robusto.

Possiamo rappresentarlo attraverso due stati macroscopicamente distinguibili e conservarlo, copiarlo e manipolarlo con affidabilità enorme.

Il qubit vive invece in un equilibrio delicatissimo.

Per poter sfruttare la sovrapposizione quantistica deve rimanere sufficientemente isolato dall’ambiente. Ma per poterlo controllare dobbiamo contemporaneamente interagire con esso.

È un paradosso ingegneristico formidabile.

Dobbiamo isolare il sistema dal mondo e, nello stesso tempo, parlargli continuamente.

Vibrazioni, radiazioni elettromagnetiche, imperfezioni dei materiali, fluttuazioni termiche e interferenze con l’ambiente possono degradare lo stato quantistico.

Il fenomeno viene indicato con il termine decoerenza.

Ed è uno dei motivi per cui il numero di qubit scritto sulla scheda tecnica di un processore dice molto meno di quanto possa sembrare.

Mille qubit rumorosi non equivalgono necessariamente a mille qubit utilizzabili per un calcolo affidabile.

PERCHÉ QUELLE TEMPERATURE ASSURDAMENTE BASSE?

Le fotografie dei computer quantistici superconducting sono diventate iconiche.

Vediamo enormi strutture dorate sospese dentro apparati cilindrici. Sembrano macchine provenienti da un laboratorio fantascientifico.

In realtà gran parte di ciò che vediamo non è il processore.

È il sistema necessario per permettere al processore di funzionare.

I qubit superconduttivi utilizzati, tra gli altri, da IBM e Google devono operare a temperature dell’ordine dei millikelvin, cioè pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto.

Perché?

Perché l’agitazione termica è nemica degli stati quantistici che vogliamo controllare.

Raffreddando enormemente il sistema diminuiamo l’energia termica disponibile e possiamo mantenere il circuito nelle condizioni necessarie affinché emergano e persistano i fenomeni quantistici desiderati.

Non stiamo parlando di un frigorifero molto potente.

Stiamo parlando di temperature inferiori a quelle dello spazio interstellare.

Nel 2026 IBM ha annunciato di avere collegato e raffreddato due moduli criogenici in un unico ambiente al di sotto dei 15 millikelvin, nell’ambito della propria architettura destinata ai futuri sistemi fault-tolerant.

È un risultato ingegneristico notevole.

Ma rivela contemporaneamente la dimensione del problema.

IL FREDDO NON È UN DIFETTO TEMPORANEO

Qui bisogna evitare un equivoco.

Non è affatto certo che un giorno tutti i computer quantistici funzioneranno a temperatura ambiente.

Dipende dalla tecnologia dei qubit.

I processori superconduttivi richiedono criogenia estrema.

Gli ioni intrappolati seguono una strada differente: gli stati quantistici vengono immagazzinati in atomi ionizzati confinati mediante campi elettromagnetici e manipolati con laser.

Gli atomi neutri utilizzano ancora un’altra architettura.

I sistemi fotonici codificano l’informazione quantistica nella luce.

Esistono poi spin qubit, difetti cristallini e la ricerca sui qubit topologici.

Non stiamo quindi aspettando il perfezionamento di una singola tecnologia.

Stiamo assistendo a qualcosa che ricorda le prime fasi dell’informatica classica, quando non era ancora evidente quale architettura avrebbe dominato.

FORSE IL FUTURO NON AVRÀ BISOGNO DEL FRIGORIFERO DA 15 MILLKELVIN

Questo è uno degli aspetti più interessanti della competizione tecnologica attuale.

Se riuscissimo a costruire qubit sufficientemente stabili attraverso tecnologie che richiedono condizioni ambientali meno estreme, una parte significativa della complessità infrastrutturale potrebbe diminuire.

Ma nessuna architettura offre gratuitamente tutti i vantaggi.

Una tecnologia può possedere tempi di coerenza migliori ma gate più lenti.

Un’altra può essere facilmente fabbricabile ma difficile da controllare su larga scala.

Una terza può funzionare a temperature meno estreme ma presentare problemi di interconnessione, generazione dei fotoni o correzione degli errori.

La gara non consiste dunque semplicemente nel produrre più qubit.

Consiste nel trovare il miglior compromesso tra qualità dei qubit, connettività, velocità delle operazioni, scalabilità, controllo e correzione degli errori.

L’OSTACOLO PIÙ GRANDE NON È IL FREDDO. È L’ERRORE

Se dovessimo indicare un solo problema capace di determinare il futuro del quantum computing, probabilmente non sceglieremmo la criogenia.

Sceglieremmo la correzione quantistica degli errori.

I computer classici correggono continuamente errori, ma possono farlo attraverso meccanismi relativamente semplici perché l’informazione digitale può essere copiata.

Nel mondo quantistico compare il teorema di no-cloning: uno stato quantistico arbitrario sconosciuto non può essere semplicemente duplicato.

La correzione degli errori deve quindi essere costruita in maniera molto più sofisticata.

L’idea fondamentale consiste nell’utilizzare numerosi qubit fisici per codificare un numero molto minore di qubit logici, sufficientemente protetti dagli errori.

Ed è qui che le cifre pubblicitarie sul numero di qubit diventano pericolose.

Il futuro non verrà deciso da chi possiede semplicemente più qubit fisici.

Verrà deciso da chi riesce a produrre qubit logici affidabili, scalabili e utilizzabili per circuiti molto lunghi.

LA SOGLIA CHE CAMBIA TUTTO

Per anni la correzione degli errori quantistici ha sofferto di un problema apparentemente paradossale.

Aggiungere qubit per correggere gli errori significa aggiungere componenti che possono a loro volta produrre errori.

Occorre quindi superare una soglia fondamentale: aumentando la dimensione del codice di correzione, l’errore logico deve diminuire invece di aumentare.

Negli ultimi anni sono arrivati risultati importanti in questa direzione.

Google, con il processore Willow, ha mostrato che aumentando la dimensione di determinati codici di superficie l’errore può diminuire progressivamente.

È il principio del cosiddetto funzionamento below threshold.

Non significa che possediamo già un computer quantistico universale e perfettamente corretto.

Significa però che una delle idee fondamentali sulle quali dovrebbe essere costruito ha ricevuto una conferma sperimentale importante.

NON CONTIAMO PIÙ I QUBIT. CONTIAMO LE OPERAZIONI AFFIDABILI

La maturità del settore sta producendo anche un cambiamento linguistico.

Dire che un processore possiede 100, 1.000 o 10.000 qubit non basta.

Occorre sapere quanti gate può eseguire prima che gli errori rendano inutilizzabile il risultato.

Quanto sono fedeli le operazioni?

Quanto dura la coerenza?

Qual è la connettività?

Quanto rapidamente vengono eseguite le misure?

Quale overhead richiede la correzione degli errori?

Quanti qubit logici reali otteniamo?

Il quantum computing sta passando lentamente dalla fase nella quale impressionava la quantità dei qubit a quella nella quale interessa la qualità del calcolo.

È un segnale di maturazione tecnologica.

2029: UNA DATA DA SEGNARE, NON UNA DATA DA CREDERE CIECAMENTE

Le roadmap industriali stanno diventando più precise.

IBM prevede per il 2029 Starling, un sistema fault-tolerant progettato per disporre di 200 qubit logici e realizzare circuiti da 100 milioni di gate quantistici.

Successivamente, oltre il 2033, la roadmap prevede Blue Jay: fino a 2.000 qubit e un miliardo di operazioni.

Sono numeri enormemente superiori alle capacità utili delle macchine contemporanee.

Ma bisogna leggere correttamente una roadmap.

Non è una profezia.

È un obiettivo industriale.

Nel quantum computing esistono numerosi programmi concorrenti, fondati su tecnologie differenti, e nessuno può oggi garantire quale raggiungerà per primo la scala economicamente trasformativa.

La fine degli anni Venti e l’inizio degli anni Trenta costituiscono tuttavia una finestra particolarmente importante.

Potremmo cominciare a capire se il quantum computing fault-tolerant può passare definitivamente da progetto scientifico a piattaforma computazionale.

QUANDO ARRIVERÀ IL QUANTUM ADVANTAGE?

Anche questa espressione richiede attenzione.

Dimostrare che una macchina quantistica esegue un particolare calcolo più velocemente di qualsiasi computer classico non significa automaticamente avere costruito un prodotto economicamente utile.

Un’impresa non acquista un computer perché risolve magnificamente un problema costruito appositamente per dimostrarne la superiorità.

Vuole risolvere il proprio problema meglio, più rapidamente o più economicamente delle alternative.

Il vero passaggio sarà quindi dal quantum advantage sperimentale al quantum advantage economicamente utile.

È una soglia molto più difficile.

DOVE POTREBBE ARRIVARE PER PRIMO?

La chimica quantistica rappresenta uno dei candidati naturali.

Le molecole sono sistemi quantistici.

Simularle esattamente su macchine classiche diventa rapidamente estremamente difficile all’aumentare della complessità.

Un computer quantistico sufficientemente potente potrebbe quindi contribuire alla progettazione di nuovi materiali, catalizzatori, molecole farmaceutiche e processi chimici.

Un altro settore riguarda la scienza dei materiali.

Batterie.

Superconduttori.

Fertilizzanti.

Catalisi industriale.

Materiali magnetici.

Il quantum computing potrebbe permettere di esplorare strutture che oggi richiedono approssimazioni molto pesanti.

Esistono poi possibili applicazioni nell’ottimizzazione, nella finanza, nella logistica, nella crittografia e nell’apprendimento automatico.

Ma qui occorre essere prudenti.

Una possibile applicazione quantistica non equivale a un vantaggio quantistico dimostrato.

E L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE?

Le due rivoluzioni potrebbero incontrarsi.

Non necessariamente perché un computer quantistico renderà improvvisamente infinitamente più potente l’intelligenza artificiale.

Il rapporto più immediato potrebbe funzionare nella direzione opposta.

L’IA può contribuire a calibrare i sistemi quantistici, ottimizzare i circuiti, individuare errori, controllare dispositivi complessi e decidere quali parti di un problema debbano essere affidate alla CPU, alla GPU o alla QPU.

Il computer quantistico potrebbe quindi diventare un componente di una macchina più ampia, amministrata da software intelligente che decide automaticamente dove deve essere eseguito ciascun pezzo del calcolo.

IL COMPUTER QUANTISTICO DEL FUTURO POTREBBE ESSERE INVISIBILE

Questo conduce a una previsione interessante.

La maggioranza di noi potrebbe utilizzare il quantum computing senza vedere mai un computer quantistico.

Esattamente come oggi utilizziamo quotidianamente enormi data center senza possederne uno.

Un ricercatore potrebbe inviare una simulazione molecolare a una piattaforma cloud.

Il sistema potrebbe scomporre automaticamente il problema.

Una parte verrebbe eseguita su CPU.

Un’altra su GPU.

Una parte molto specifica su una QPU.

Il risultato tornerebbe all’utente.

A quel punto chiedere «quanto costa un computer quantistico personale?» avrebbe quasi perso significato.

La domanda diventerebbe:

quanto costa un’ora di calcolo quantistico?

QUINDI NON AVRÒ UN QUANTUM PC SULLA SCRIVANIA?

Probabilmente non nel futuro prevedibile.

E soprattutto potrebbe non servire.

La criogenia, l’elettronica di controllo, la schermatura, la calibrazione e la manutenzione rendono molte architetture attuali profondamente inadatte a diventare dispositivi domestici.

Ma questo non impedisce una diffusione enorme della tecnologia.

Nessuno possiede un supercomputer meteorologico in casa.

Eppure miliardi di persone consultano ogni giorno previsioni prodotte da supercomputer.

La diffusione di una tecnologia non coincide necessariamente con la diffusione fisica della macchina che la realizza.

E I COMPUTER QUANTISTICI «ECONOMICI»?

Qui occorre distinguere almeno tre significati.

Un piccolo computer quantistico didattico o sperimentale può diventare relativamente accessibile molto prima di una macchina capace di produrre vantaggio economico.

Simulatori quantistici e dispositivi specializzati possono diffondersi nei laboratori e nelle università.

Ma un sistema universale fault-tolerant realmente competitivo continuerà presumibilmente per molti anni a essere un’infrastruttura costosa.

La democratizzazione arriverà probabilmente attraverso l’accesso, non attraverso la proprietà.

Esattamente come è accaduto con il cloud computing.

UNA POSSIBILE CRONOLOGIA

Qualsiasi previsione in questo settore deve essere accompagnata da un margine di incertezza enorme.

Possiamo però costruire uno scenario ragionevole.

2026-2030: macchine ancora prevalentemente sperimentali e specialistiche; crescente integrazione con HPC; primi casi convincenti di vantaggio quantistico per problemi selezionati; rapido miglioramento della correzione degli errori.

2030-2035: se le roadmap attuali saranno sostanzialmente rispettate, comparsa delle prime piattaforme fault-tolerant capaci di affrontare problemi scientifici o industriali difficilmente accessibili alle macchine classiche; accesso soprattutto cloud.

2035-2045: possibile espansione industriale in chimica, materiali, farmaceutica, energia e altre applicazioni specialistiche, accompagnata da una progressiva diminuzione del costo per calcolo.

Oltre: qualsiasi previsione diventa molto più speculativa. Potrebbero emergere tecnologie di qubit radicalmente differenti da quelle oggi dominanti, sistemi modulari e distribuiti o architetture che riducano drasticamente l’infrastruttura necessaria.

Ciò che appare molto meno probabile è una semplice sequenza:

mainframe quantistico → quantum PC → quantum smartphone.

Potrebbe non accadere mai.

IL VERO PROBLEMA DEL COSTO

Quando chiediamo quando un computer quantistico diventerà economico, pensiamo spontaneamente al prezzo del processore.

Ma il chip è soltanto una parte del sistema.

Occorrono criogenia o sistemi laser, elettronica di controllo, schermatura, cablaggi, sistemi classici per il decoding degli errori, infrastruttura software, manutenzione e personale altamente specializzato.

Il costo reale è quindi il costo del sistema.

E ancora più importante sarà il costo per operazione utile.

Una macchina da cento milioni di euro può essere economicamente conveniente se risolve in un’ora un problema industriale dal valore di miliardi.

Una macchina da centomila euro può essere completamente inutile se non risolve alcun problema meglio di un laptop.

Il prezzo assoluto del quantum computer è quindi una misura molto meno significativa di quanto sembri.

IL QUANTUM COMPUTER POTREBBE NON DIVENTARE MAI «NORMALE»

E forse è questa la conclusione più importante.

Continuiamo a immaginare il futuro attraverso la storia del personal computer.

Ma il quantum computing potrebbe seguire un’altra storia.

Potrebbe assomigliare all’aviazione.

Nessuno possiede un Boeing 787 per andare in vacanza.

Eppure l’aviazione è una tecnologia di massa.

Ciò che si è democratizzato non è la proprietà dell’aeroplano.

È l’accesso al volo.

Lo stesso potrebbe accadere con il quantum computing.

Non avremo necessariamente un computer quantistico.

Avremo accesso al calcolo quantistico.

QUANTO SIAMO LONTANI, ALLORA?

Abbastanza da dover diffidare di chi promette una rivoluzione universale tra due anni.

Ma abbastanza vicini da non poter più considerare il quantum computing una tecnologia puramente teorica.

La fisica dei qubit funziona.

Le macchine esistono.

La correzione degli errori sta compiendo progressi importanti.

Le architetture modulari vengono costruite.

I sistemi sono già accessibili attraverso il cloud.

Ciò che ancora manca è il passaggio decisivo: dimostrare su scala significativa che un computer quantistico fault-tolerant può risolvere problemi economicamente importanti meglio delle migliori alternative classiche.

Quando questo accadrà, la domanda cambierà improvvisamente.

Non ci chiederemo più:

«Quando arriveranno i computer quantistici?»

Ci accorgeremo che erano già arrivati.

Semplicemente, non erano sulla nostra scrivania.