Cosa rende l’informatica quantistica così difficile da spiegare?

Computer quantistici, tu potrebbe aver sentito, sono magiche super-macchine che presto cureranno il cancro e il riscaldamento globale provando tutte le possibili risposte in diversi universi paralleli. Da 15 anni in poi il mio blog e altrove, mi sono scagliato contro questa visione da cartone animato, cercando di spiegare quella che considero la verità più sottile ma ironicamente ancora più affascinante. Mi avvicino a questo come un servizio pubblico e quasi il mio dovere morale come ricercatore di informatica quantistica. Ahimè, il lavoro sembra di Sisifo: il clamore degno di nota sui computer quantistici è solo aumentato nel corso degli anni, poiché le aziende e i governi hanno investito miliardi e mentre la tecnologia è progredita verso dispositivi programmabili da 50 qubit che (su determinati benchmark inventati) possono davvero i più grandi supercomputer del mondo una corsa per i loro soldi. E proprio come nelle criptovalute, nell’apprendimento automatico e in altri campi alla moda, con i soldi sono arrivati ​​i venditori ambulanti.

Nei momenti di riflessione, però, lo capisco. La realtà è che anche se rimuovessi tutti i cattivi incentivi e l’avidità, l’informatica quantistica sarebbe ancora difficile da spiegare brevemente e onestamente senza la matematica. Come disse una volta il pioniere dell’informatica quantistica Richard Feynman a proposito del lavoro sull’elettrodinamica quantistica che gli è valso il Premio Nobel, se fosse stato possibile descriverlo in poche frasi, non sarebbe valso un Premio Nobel.

Non che questo abbia impedito alle persone di provarci. Da quando Peter Shor ha scoperto nel 1994 che un computer quantistico potrebbe violare la maggior parte della crittografia che protegge le transazioni su Internet, l’entusiasmo per la tecnologia è stato guidato da qualcosa di più della semplice curiosità intellettuale. In effetti, gli sviluppi nel campo in genere vengono trattati come storie aziendali o tecnologiche piuttosto che come storie scientifiche.

Andrebbe bene se un giornalista di affari o tecnologia potesse dire sinceramente ai lettori: “Guarda, c’è tutta questa roba quantistica profonda sotto il cofano, ma tutto ciò che devi capire è la linea di fondo: i fisici sono sul punto di costruire computer più veloci che rivoluzionare tutto».

Il problema è che i computer quantistici non rivoluzioneranno tutto.

Sì, un giorno potrebbero risolvere alcuni problemi specifici in pochi minuti che (pensiamo) richiederebbero più tempo dell’età dell’universo sui computer classici. Ma ci sono molti altri problemi importanti per i quali la maggior parte degli esperti pensa che i computer quantistici aiuteranno solo modestamente, se non del tutto. Inoltre, mentre Google e altri hanno recentemente affermato in modo credibile di aver raggiunto accelerazioni quantistiche inventate, questo era solo per benchmark specifici ed esoterici (quelli che ho aiutato a svilupparsi). Un computer quantistico abbastanza grande e affidabile da superare i computer classici in applicazioni pratiche come la violazione di codici crittografici e la simulazione della chimica è probabilmente ancora molto lontano.

Ma come potrebbe un computer programmabile essere più veloce solo per alcuni problemi? Sappiamo quali? E cosa significa un computer quantistico “grande e affidabile” in questo contesto? Per rispondere a queste domande dobbiamo entrare nelle cose profonde.

Cominciamo con la meccanica quantistica. (Cosa potrebbe esserci di più profondo?) Il concetto di sovrapposizione è tristemente difficile da rendere con le parole di tutti i giorni. Quindi, non sorprendentemente, molti scrittori scelgono una via d’uscita facile: dicono che sovrapposizione significa “entrambi contemporaneamente”, quindi un bit quantico, o qubit, è solo un bit che può essere “sia 0 che 1 allo stesso tempo”. ”, mentre un bit classico può essere solo l’uno o l’altro. Proseguono affermando che un computer quantistico raggiungerebbe la sua velocità utilizzando i qubit per provare tutte le possibili soluzioni in sovrapposizione, ovvero contemporaneamente o in parallelo.

Questo è quello che sono arrivato a pensare come il passo falso fondamentale della divulgazione dell’informatica quantistica, quello che porta a tutto il resto. Da qui è solo un breve salto verso i computer quantistici che risolvono rapidamente qualcosa come il problema del commesso viaggiatore provando tutte le possibili risposte contemporaneamente, cosa che quasi tutti gli esperti credono di non essere in grado di fare.

Il fatto è che, affinché un computer sia utile, a un certo punto è necessario guardarlo e leggere un output. Ma se guardi una sovrapposizione uguale di tutte le possibili risposte, le regole della meccanica quantistica dicono che vedrai e leggerai solo una risposta casuale. E se è tutto ciò che volevi, avresti potuto sceglierne uno tu stesso.