I computer quantistici hanno battuto quelli classici per la prima volta con un vantaggio esponenziale

Un nuovo studio, pubblicato da ricercatori dell'Università della California Meridionale e dell'Università John Hopkins, ha per la prima volta dimostrato la risoluzione da parte di un computer quantistico di un problema finora affrontato solo nella teoria. La notizia è rilevante in quanto dimostra un vantaggio significativo da parte della macchina quantistica rispetto alle controparti classiche, confermando così l'esistenza di quel "vantaggio quantistico" di cui si parla da tempo.

Un computer quantistico ha risolto il problema di Simon

L'algoritmo di Shor è divenuto noto al grande pubblico negli ultimi anni, se non nel nome almeno negli effetti: è infatti l'algoritmo che consentirà ai computer quantistici di rompere i cifrari e i protocolli crittografici a chiave pubblica in uso attualmente, e per il quale è stato necessario introdurre i cifrari post-quantistici. Il momento in cui sarà possibile avere a disposizione computer quantistici sufficientemente potenti da eseguire l'algoritmo di Shor (e le sue varianti ed evoluzioni) per rompere i cifrari a chiave pubblica attuali è, però, ancora relativamente lontano.

Un primo passo è stato compiuto da Daniel Lidar, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la cattedra Viterbi in ingegneria della Scuola Viterbi d'Ingegneria dell'Università della California Meridionale (USC), e da un team di ricercatori presso la USC e l'Università John Hopkins. Lidar e i suoi collaboratori hanno infatti usato due computer con processore IBM Quantum Eagle in cloud per dimostrare che tali dispositivi hanno un vantaggio che scala esponenzialmente rispetto alle controparti classiche.

Tale traguardo è stato raggiunto, come riporta Science Daily, risolvendo una versione del cosiddetto "problema di Simon": semplificando molto, si tratta di una sorta di gioco in cui bisogna individuare un numero segreto. Si può dare un numero a un "oracolo" (ovvero un altro programma che conosce già la risposta) e, quando si trovano due numeri a cui l'oracolo dà la stessa risposta, allora si può trovare il numero segreto. Di fatto, non è quindi dissimile dal tipo di calcolo che è necessario fare per trovare una chiave crittografica privata avendo a disposizione del testo cifrato e una chiave pubblica, e infatti il problema di Simon è stato l'ispirazione per l'algoritmo di Shor.

I ricercatori hanno dimostrato come sia possibile risolvere il problema di Simon sull'hardware attuale con un'accelerazione esponenziale rispetto ai computer classici e come tale accelerazione sia incondizionata. "Accelerazione esponenziale" non significa che è possibile risolvere il problema 100 o 1.000 volte più velocemente, ma che più il problema cresce di dimensioni, più il computer quantistico sarà maggiormente veloce rispetto a quello classico.

Tale accelerazione è definita "incondizionata" perché non sono state poste condizioni non dimostrate come l'assenza di un algoritmo classico migliore (un problema molto noto nel campo del calcolo quantistico).

I ricercatori sono riusciti a ottenere questo risultato grazie a quattro strategie: la prima è stata la riduzione nella quantità di numeri segreti permessi, che ha limitato così le possibilità da esplorare; la seconda è stata la compressione delle operazioni logiche quantistiche richieste; la terza è stata l'uso di una tecnica chiamata "disaccoppiamento dinamico", che usa impulsi di microonde per "disaccoppiare" i qubit dall'ambiente circostante ed evitare gli errori; la quarta è la mitigazione degli errori di misurazione, che trova e corregge gli errori lasciati dal disaccoppiamento dinamico durante la fase di misurazione alla fine dei calcoli.

Questo risultato non ha conseguenze pratiche o applicazioni reali, ma dimostra nella pratica che i computer quantistici sono in grado di ottenere accelerazioni significative nei calcoli rispetto alle controparti classiche. Non si tratta più, quindi, di una promessa "sulla carta", ma di un fatto acclarato. Per ora solo su un problema senza applicazioni pratiche, ma domani su problemi reali e potenzialmente in grado di cambiare interi settori.