Qubit. Una parola che forse non hai mai sentito. Una parola che non può mancare, però, nel glossario delle parole digitali del prossimo futuro.
Ti avverto, però: qubit è un viaggio pericoloso. Qualcuno potrà asserire che siamo molto al di là del mondo dell’informatica. Che, parlando di qubit, ci avventuriamo in un terreno inesplorato, ostico, pieno di insidie.
In effetti, è proprio così. Esattamente come Galileo, come Copernico, come Thomas Edison, come Alessandro Volta, come Guglielmo Marconi. O come Neil Armstrong. Eppure, la pericolosità dei loro viaggi non li ha fermati.
E menomale.
Qubit non è una parola. In verità, infatti, è la contrazione di due parole: quantum bit. In italiano, potremmo dire bit quantistico.
Se il bit è la minima unità di informazione nel sistema classico di computazione, il bit quantistico – il qubit – è l’unità minima di informazione nel sistema quantistico di computazione.
Se non mi sono spiegato bene, faccio un passo indietro. Se mastichi informatica, rischio di annoiarti un po’.
I computer parlano.
Diciamo che utilizzano un loro linguaggio proprio. E lo usano per trasmettere determinate informazioni.
L’informatica (che nei paesi anglofoni è computer science) è la scienza che si occupa del trattamento di queste informazioni.
Anche noi parliamo e utilizziamo un linguaggio. Anche noi proviamo a trasmettere informazioni. Il nostro linguaggio è basato su parole e, allo stato più elementare, su lettere. Il nostro è infatti un sistema alfabetico in cui 26 simboli (ma anche molti di più) possono intrecciarsi ad assumere i significati più vari, sia nel campo della sintassi che nel campo della grammatica.
La lingua del computer è molto più semplice. L’unità elementare si chiama bit. Una sequenza di 8 bit dà luogo al byte. Un milione di bit sono un mega e 1000 megabyte sono un giga. Forse, ora cominciamo a parlare di cose che hai ben presenti.
Nel linguaggio dei computer tradizionali, quelli che usiamo ogni giorno, il bit può assumere solo due valori. 0 e 1. Per questo, peraltro, si chiama bit: binary digit, digitazione binaria.
Il qubit è la traduzione quantistica del bit. É un bit, però trasportato in un altro linguaggio.
Un linguaggio diverso da quello tradizionale.
A cosa serve? E perché dovremmo improvvisamente usare computer che parlano una lingua diversa?
Perché staremmo operando una rivoluzione informatica senza precedenti. Purtroppo, siamo ancora nel campo della sperimentazione e l’informatica quantistica – per certi versi – brancola nel buio.
Ma i computer che parlano in qubit esistono già. Qualcuno li usa.
Si possono addirittura reperire nel commercio. Solo che nessuno, almeno nessuno al di fuori del mondo informatico, sembra interessato.
Perché nessuno comprende la portata di questa straordinaria novità.
Una novità che – se realizzata – avrebbe effetti di progresso tecnologico incredibili sull’umanità. Paragonabili, in effetti, all’invenzione della stampa nel 1455 o dell’automobile nel 1886.
Per spiegarti il qubit, oggi, voglio portarti nel laboratorio di un genio a cui la storia non ha mai dedicato le pagine che avrebbe meritato.
Siamo negli anni del Congresso di Vienna.
Nell’Europa del primo Ottocento e, più esattamente, in Germania. Nel Baden-Baden.
Nell’imperiale Karlsruhe, tra le capitali dell’architettura mondiale, la Città del riposo di Carlo, vicino a Stoccarda, vive il barone Karl Drais.
Il barone, tuttavia, non vuole essere definito così. È un democratico ed è animato da ideali ancora non molto popolari. Preferisce essere considerato un inventore.
E ha le sue ragioni per farlo.
Nel 1813, Drais ha già inventato un tritacarne, un estintore, un riflettore a luce solare e un sottomarino munito di periscopio. Non proprio robetta.
Capita, guarda il caso, che da Karlsruhe stia passando lo zar di Russia. L’unico che resta molto colpito dall’invenzione che Drais gli mostra. Karl l’ha chiamata Fahrmaschine, macchina per viaggiare. Il primo mezzo della storia che non fa uso di cavalli per il movimento.
Lo zar Alessandro è colpito. Regala all’inventore un anello di diamanti. Ma il macchinario non va oltre. Nessun altro lo apprezza.
Passano tre anni e Karl partorisce un’altra invenzione. Inventa una “macchina” dotata di due ruote di legno. Ogni ruota ha otto raggi ed è direzionata grazie al manubrio mobile presente nella testa del veicolo.
Avanza grazie ai piedi, spinti sul terreno. La chiama Laufmaschine che, in tedesco, significa macchina per correre. É una bicicletta, ma non lo sa nessuno. Nemmeno Karl Drais.
É una bicicletta senza pedali e, oggi, la chiamiamo draisina.
Nessuno ha ancora capito la portata dell’invenzione. É una bicicletta. Un’invenzione geniale, fortissima, un’invenzione che diventerà popolare, alla portata di tutti, che avrà diffusione globale. Ma nessuno glielo riconosce.
Sì, qualcuno sì. Karl Drais diventa professore di meccanica. Onorario perché all’Università non c’è mai entrato. Intanto la draisina viene portata a Parigi, nella capitale del mondo, dove viene data una dimostrazione nei Giardini del Lussemburgo.
L’evento incuriosisce i parigini, ma non secondo le aspettative. Viene portato poi oltremanica, e a Londra lo chiamano hobby horse, cavallo da tempo libero.
Ma la domanda di brevetto gli viene addirittura rigettata dagli austriaci, a Vienna.
Drais si ritira. Rinuncia al titolo di barone e alla particella von del nome, perché è proprio un convinto democratico. Ma la rivoluzione borghese in Germania fallisce e i nobili vincono.
Nel 1849, i realisti lo fanno dichiarare malato di mente perché visionario. Un inventore di follie. La sua pensione viene confiscata.
Drais muore povero e presunto pazzo, da solo, nel 1851.
La sua Draisina buttata in un angolo ad accumulare polvere. Chissà se chi l’ha fatto internare avrebbe mai immaginato che oggi, in molte città dell’Occidente, ci sono più draisine che abitanti. Solo che le chiamiamo biciclette.
Il qubit nel 2020 è la bici di Drais nel 1820. Esiste, ma nessuno lo sa. E quelli che lo sanno, molto spesso ritengono folle investire su questo.
Il contesto non è pronto. O non lo è ancora.
Nel 1820, in effetti, non esisteva la gomma pneumatica per fare le ruote, non esistevano strade adatte.
Nel 2020, non esistono ancora probabilmente gli strumenti necessari a far spopolare una tecnologia come questa.
Ti ricordi del bit? Quell’unità minima di informazione che può assumere valori per 0 e 1? Ecco il qubit va molte oltre. Come espressione della fisica quantistica, il qubit può assumere – contemporaneamente – i valori più svariati. Può essere 0-1 ma al contempo 1 e 0.
Cosa comporta questo?
Rende a dir poco vertiginosa l’accelerazione di calcolo di una macchina di computazione di oggi. Vale come 1 milioni di computer.
Grazie al qubit, un ipotetico computer quantistico può rendere in termini di minuti operazioni che il più tecnologico dei computer tradizionali ci metterebbe anni a risolvere. Insomma, una rivoluzione astronomica. Un po’ come la bicicletta di Drais.
Ma perché ipotetico? Perché i quantum-computer non esistono ancora o, se esistono, sono ad uno stato che potremmo definire primordiale?
A febbraio 2019, l’IBM ha commercializzato il primo computer quantistico, l’IBM Q System One, utilizzabile da remoto. Si tratta per lo più, però, di un esperimento.
Deve essere utilizzato da remoto perché si trova all’interno di un case in vetro con un sistema di raffreddamento che tiene la temperatura sotto ai -460 gradi Fahrenheit, un valore necessario per rendere stabile la qualità dei qubit usati per operazioni quantistiche.
Fantascienza? Aspetta a chiedertelo.
Il qubit è molto facile a deteriorarsi.
Perde, in effetti, la sua speciale proprietà (il fatto che può essere chi vuole contemporaneamente, un po’ come Mystica degli X-Men) entro i 100 microsecondi. Si deteriora, infatti, a causa del rumore ambientale, delle vibrazioni, delle fluttuazioni anche minime di temperatura e delle onde elettromagnetiche.
Per questo, il qubit deve essere mantenuto ad un eccezionale isolamento. Isolamento reso possibile dall’alta ingegneria di cui sono capaci i produttori di vetro di Goppion, un’azienda leader di Trezzano sul Naviglio, eccellenza d’Italia. Quelli che hanno costruito il vetro che protegge la Gioconda al Louvre, insomma.
Ma IBM ha fatto di più. Già dal 2016, ha reso disponibile un software gratuito di simulazione open source per aiutare ingegneri, accademici, informatici e programmatori, ma anche semplici curiosi, a comprendere meglio i sistemi quantistici. Il servizio è stato sperimentato da 100.000 utenti e per oltre 6,7 milioni di esperimenti quantistici.
Il qubit esiste ed è tra noi.
Il nostro unico compito, adesso, è percepire la grandezza. Perché nessun genio finisca più come Karl Drais
