Il PC da sette atomi

Il 2001 probabilmente sarà ricordato negli annali della ricerca scientifica come l’anno in cui la nanotecnologia e il calcolatore quantico sono passati dallo stato delle idee a quello dei primi pre-prototipi. La nanotecnologia prevede la costruzione di elaboratori e di macchine delle dimensioni di poche molecole, mentre un calcolatore quantico è addirittura composto soltanto di pochi atomi. L’elaborazione avviene secondo le leggi della meccanica quantistica, operando sulle proprietà delle particelle -- come lo spin dell’elettrone, cioè la rotazione che l’elettrone compie sul suo asse.
Nel primi giorni di gennaio 2002 un articolo sull’autorevole rivista Nature rivela che un gruppo di scienziati che lavora per la IBM è riuscito a costruire un primo, semplice prototipo di calcolatore quantico mettendo sotto stretto controllo molecole composte di sette atomi -- due di carbonio e cinque di fluoro -- ciascuno dei quali memorizzava un qubit di informazione. I calcolatori elettronici lavorano con i bit e ogni bit può valere 1 o 0. Nei calcolatori quantici, invece, ogni qubit può assumere molte informazioni contemporaneamente.

Un computer quantico potrebbe eseguire calcoli che sono semplicemente impossibili per un elaboratore tradizionale. Nel 1997 un ricercatore della AT&T, tale Peter Shor, aveva dimostrato un teorema (che ha preso il suo nome) che asserisce che un calcolatore quantico può affrontare il problema della scomposizione in fattori primi. Per capire che cosa significhi, facciamo un esempio pratico: se prendiamo due numeri abbastanza grandi, come 104.693 e 67.733 , noi possiamo ottenere il loro prodotto eseguendo una operazione abbastanza semplice, alla portata di una macchinetta calcolatrice da pochi franchi. Viceversa, se noi abbiamo soltanto il prodotto, e cioè 7.091.170.969, trovare i due numeri fattori che lo compongono è un problema molto difficile. Peter Shor dimostrò che un calcolatore quantico può risolvere questa categoria di problemi (e spiegò come); gli scienziati della IBM hanno messo alla prova il loro esemplare facendogli elaborare il numero 15. Il fantascientifico elaboratore se ne è correttamente uscito con il risultato: 3 e 5. L’elaborazione è avvenuta nei locali della Stanford University: lo stato degli atomi è stato modificato inviando impulsi in radiofrequenza e il risultato dell’elaborazione è stato letto con uno scanner a risonanza magnetica nucleare.

Secondo i matematici, un computer quantico composto di quantità relativamente modeste di qubit (alcune migliaia) potrebbe usare il teorema di Shor per scomporre numeri enormi. La questione non è solo accademica, perché il problema della scomposizione in fattori è proprio il sistema utilizzato dai sistemi crittografici per proteggere i messaggi cifrati. Quando noi usiamo un programma come PGP (www.pgpi.com) per difendere la privacy dei nostri dati, oppure quando ci colleghiamo alla nostra banca via Internet per eseguire una operazione, la chiave usata per codificare e proteggere le informazioni viene usata sul messaggio da codificare proprio sulla base del principio della moltiplicazione di grandi numeri. Per un normale calcolatore elettronico, il lavoro che consiste nel ricavare chiave e messaggio originale partendo dal messaggio codificato che si sia riusciti in qualche modo a intercettare è un lavoro impossibile -- o, per essere più precisi, un lavoro che richiederebbe miliardi di anni. Quando esisteranno i computer quantici che comprendono alcune migliaia di atomi il problema potrà venire risolto in tempi brevi e quindi quelle tecnologie non saranno più efficaci.

Nessuno scienziato, oggi, sa dire quanto tempo passerà prima che un simile elaboratore divenga possibile, e tanto meno è possibile prevedere quando questi dispositivi usciranno dai laboratori e finiranno nelle mani di chi potrebbe farne un uso pratico -- ovvero tutori dell’ordine costituito e criminali. Probabilmente si tratta di molti anni. Ma la cosa è possibile ed è solo questione di tempo.