Supremazia quantistica, diamo una definizione più umana

Il 23 Ottobre 2019, Google ha rilasciato la notizia del secolo… ma che dico secolo? Del millennio! Con un video di appena 4 minuti, il mondo ha potuto sentire le parole degli ingegneri del motore di ricerca più grande al mondo che dichiarano il raggiungimento della Supremazia Quantistica. Ma esattamente, di cosa si tratta? Il concetto in sé è molto semplice: come spiegano nel loro video il raggiungimento della Supremazia Quantistica significa che, un’operazione che un computer “normale” avrebbe svolto in tempi nell’ordine delle migliaia di anni, ora, con questa nuova tecnologia, impiega tempi nell’ordine dei minuti distruggendo di fatto la tecnologia attuale! Ottime notizie si potrebbe dire, i gamer potranno finalmente giocare a Minecraft a 60fps (mi aspetto anche il porting di skyrim comunque eh, Todd!), i video maker potranno esportare video in 8k 144 frame in pochissimi secondi e i 40enni giocare a Candy Crush come mai prima d’ora. Mi dispiace dover smorzare l’entusiasmo, però per un bel po’ non sarà così, la strada è ancora lunga ma la direzione è già stata tracciata e il futuro ci può riservare meravigliose sorprese… e se non fosse così?

Le basi: come funziona un computer quantistico

Andiamo con ordine. Prima ho parlato di computer normale riferendomi ai computer non quantistici, insomma, quelli che usiamo tutti. La differenza tra un computer appunto “normale” ed uno quantistico sta proprio alla base del suo funzionamento. Da sempre siamo stati abituati a sentire il termine bit quando si parla di computer che non sono niente più che la “lingua” delle macchine, ovvero la semplice rappresentazione dei due stati, per esempio, di una lampadina: 1 significa lampadina accesa, 0 significa lampadina spenta. Se mettiamo insieme più lampadine possiamo rappresentare, nell’insieme, molti più stati. Con 2 lampadine abbiamo 4 stati, con 4 lampadine ne abbiamo 16 e così via. Il limite attuale della tecnologia per come la conosciamo sta proprio in questo, possiamo rappresentare solo 2 stati con un bit e, chiaramente, non abbiamo infiniti bit a disposizione (basta pensare ai processori, al momento il limite è fisso a 64bit). Per ovviare a questo problema, il computer quantistico infrange la regola base di funzionamento dei bit sfruttando i cosiddetti qBit. Questi qBit non fanno altro che sfruttare il funzionamento dei classici bit portandoli però ad uno stadio quantistico permettendo quindi di assumere più stati, nello stesso istante! Quindi, il semplice bit ora potrà essere 0, 1 o qualsiasi valore tra i due, contemporaneamente o singolarmente, nello stesso istante.

Un simpatico gattone per rilassare le meningi 😉

See you, space commesso viaggiatore

Se c’è qualcuno che può ritenersi felice di questo successo sono proprio i matematici, forse… da ormai un centinaio di anni, molti matematici ed informatici sono incentrati nel risolvere un solo problema, così semplice ma al contempo impossibile da essersi guadagnato il nome di “problema del millennio”: il problema del commesso viaggiatore.

Date le alte complessità e l’impossibilità di essere risolto, rimaneva il lavoro più difficile per un computer tradizionale da risolvere ma, con l’avvento della supremazia quantistica, possiamo anche dirgli addio! Anche il caso più difficile adesso può essere svolto in pochissimi secondi, rendendo di fatto inutile la ricerca di un algoritmo migliore. E pensare che la Clay Institute offriva la bellezza di 1 Milione di dollari a chi fosse riuscito a risolverlo ¯\_(⁰͡ ͜ʖ⁰͡ )_/¯

Mai più problemi con Crysis con il tuo nuovo computer quantistico personale! Via: System32 Comics

Aggiungiamo uno scheletro nell’armadio

Cosa ce ne facciamo ora del cadavere del povero commesso? Alla fine siamo riusciti ad abbattere il problema più grande dell’informatica in “un istante” distruggendo letteralmente quello che era il limite della tecnologia informatica per come la conosciamo, quindi direi che possiamo anche semplicemente nasconderlo e goderci il momento… oppure no?

“Dio è morto! Dio resta morto! E noi lo abbiamo ucciso!” recitava uno dei più grandi filosofi della storia e, come ben si sa, questo può essere positivo, ma dall’altra parte può essere anche la nostra fine per come viviamo il mondo oggi. Il fatto di aver “ucciso il commesso viaggiatore” non rappresenta solamente il più grande passo tecnologico dell’umanità intera (secondo solo a PornHub 💙) ma è anche la nostra stessa tomba!

Il fatto che esistesse un concetto così forte come quello del commesso viaggiatore, oltre ad essere un enorme punto a sfavore per l’intera informatica, era anche la nostra ancora di salvezza per quanto riguarda la nostra sicurezza su internet. Ebbene sì, la nostra nemesi è anche la nostra salvezza. Il fatto che una password sia più o meno hackerabile è proprio dovuto a quell’enorme enigma del millennio. Prendiamo un esempio pratico, quando ci iscriviamo in un nuovo sito, nella grandissima maggioranza dei casi, vi vengono richiesti 3 requisiti per una password robusta:

1. Che sia lunga almeno 6-8 caratteri
2. Che contenga numeri e lettere (maiuscole e minuscole)
3. Che contenga almeno un simbolo

Tutto ciò non è un semplice esercizio di memoria per la prossima volta che entrerete nel sito, bensì è un modo per aumentare in modo esponenziale l’impossibilità che il nostro buon commesso riesca a trovare la password in maniera bruta, ovvero tentando tutte le possibili combinazioni. Ma questo non riguarda solo le password ma anche tutti quei sistemi di crittografia e firma elettronica che oggi, si può dire, governano il mondo. Tutto ciò che può essere computato, con l’arrivo della supremazia quantistica, sarà al sicuro. Il commesso viaggiatore è morto e noi l’abbiamo ucciso.

Il risultato di un attacco “brute force” su delle password criptate con diversi algoritmi. Per l’esperimento sono state utilizzate 448 NVidia RTX 2080. Via https://twitter.com/TerahashCorp/status/1155112559206383616

Un dilemma etico da portare avanti

Ora, non creiamo allarmismi. Fortunatamente siamo ancora agli inizi di questo percorso e non è nemmeno certo cosa ne sarà di questa tecnologia, quindi per un bel po’ si può stare tranquilli, ma non rilassiamoci troppo insomma. Volendo essere ottimisti comunque è vero che con questa innovazione si potranno fare passi da gigante su moltissimi altri fronti. Basta pensare alla medicina, dove la costante ricerca e sintetizzazione di proteine ha un enorme necessità di potenza computazionale, o ad esempio al semplice Pi Greco: ad oggi il record è fissato a 5.000 miliardi di cifre in 90 giorni di calcolo, chissà con un computer quantistico dove potremmo arrivare!

Siamo quindi nella situazione di Enrico Fermi al tempo della bomba atomica, non abbiamo costruito la bomba atomica, ma abbiamo gli strumenti per farlo. L’idea della costruzione del computer quantistico è certamente l’invenzione del millennio, ma va maneggiata con cura e, sempre per i miei colleghi sviluppatori, questo potrebbe essere il motivo giusto per cominciare a studiare come programmare un computer quantistico!