Quando le leggi più strane della natura diventano strumenti di calcolo.
«COMPUTER QUANTISTICI»
Dai bit ai qubit, dalla sovrapposizione all’entanglement: come funzionano le macchine che stanno cambiando il concetto stesso di calcolo
Redazione Inchiostronero
Il computer quantistico non è semplicemente un computer tradizionale molto più veloce. Qubit, sovrapposizione, entanglement e interferenza introducono un modo differente di elaborare l’informazione, promettente per alcune categorie di problemi ma ancora condizionato da enormi difficoltà tecnologiche. Dalle intuizioni di Feynman ai processori contemporanei, ecco che cosa sono realmente i computer quantistici, che cosa possono fare e perché il loro futuro sarà probabilmente legato alla collaborazione con le macchine classiche.
CAPITOLI
1. Le origini dei computer quantistici
2. Dal bit al qubit
3. Costruire una macchina quantistica
4. Che cosa possono fare davvero
5. Il futuro sarà ibrido
Le origini dei computer quantistici
I computer quantistici rappresentano una delle frontiere più affascinanti della scienza e della tecnologia contemporanee. Non sono semplicemente computer più potenti. Utilizzano principi della meccanica quantistica — sovrapposizione, entanglement e interferenza — per elaborare l’informazione in modi che non hanno un equivalente diretto nell’informatica tradizionale.
La loro origine risale agli anni Ottanta, quando emerse un problema fondamentale: simulare sistemi quantistici complessi attraverso computer classici può richiedere risorse che crescono enormemente con l’aumentare della complessità.
Nel 1981 il fisico Richard Feynman avanzò un’idea radicale: se la natura è quantistica, perché non costruire una macchina che utilizzi proprio le leggi quantistiche per simularla?
Lo disse con la consueta irriverenza:
«La natura non è classica, accidenti, e se volete simulare la natura, fareste meglio a farlo con la meccanica quantistica.»
— Richard Feynman, Simulating Physics with Computers
La frase compare nella parte conclusiva del celebre intervento di Feynman, pubblicato nel 1982. Pochi anni dopo, nel 1985, David Deutsch formalizzò il concetto di computer quantistico universale.
Nasceva così una nuova idea di calcolo: non più soltanto macchine costruite per rappresentare il mondo attraverso sequenze di 0 e 1, ma dispositivi nei quali l’informazione stessa viene affidata a sistemi fisici governati dalla meccanica quantistica.
Nota 1 — Richard P. Feynman, Simulating Physics with Computers, International Journal of Theoretical Physics, vol. 21, 1982, pp. 467–488. David Deutsch, Quantum Theory, the Church-Turing Principle and the Universal Quantum Computer, 1985.
Dal bit al qubit
Nel computer che utilizziamo quotidianamente l’unità fondamentale dell’informazione è il bit, che può assumere uno dei due valori: 0 oppure 1.
Nel computer quantistico compare invece il qubit.
Un qubit può trovarsi in una sovrapposizione di stati. La frase, spesso utilizzata, secondo cui sarebbe «0 e 1 contemporaneamente» è intuitiva ma imprecisa. Più correttamente, il suo stato è rappresentato da una combinazione dei due possibili valori, con determinate ampiezze che concorrono a stabilire le probabilità osservate al momento della misura.
Un’altra proprietà fondamentale è l’entanglement. Due o più qubit possono formare uno stato quantistico che non può essere descritto semplicemente attribuendo a ciascuno uno stato indipendente. Il sistema deve essere considerato nel suo insieme.
A queste proprietà si aggiunge l’interferenza. Gli algoritmi quantistici cercano di far interferire le diverse componenti dello stato in modo da rafforzare alcune possibilità e attenuarne altre.
È qui che bisogna sfatare un equivoco frequente: il computer quantistico non è semplicemente una macchina che «prova tutte le soluzioni nello stesso momento».
Prepara uno stato quantistico, lo modifica attraverso operazioni chiamate porte quantistiche e infine effettua una misura, ottenendo un risultato classico. La difficoltà consiste nel progettare l’algoritmo affinché l’evoluzione quantistica renda più probabile ottenere l’informazione cercata.
La potenza non nasce dunque da una misteriosa moltiplicazione delle risposte, ma dalla possibilità di manipolare l’informazione secondo regole diverse da quelle del calcolo classico.
Ed è proprio la distanza fra queste regole e la nostra esperienza quotidiana a rendere la meccanica quantistica tanto difficile da immaginare. Niels Bohr, secondo quanto ricordato da Werner Heisenberg a proposito di una conversazione del 1952, osservò:
«Chi non rimane sconvolto quando incontra per la prima volta la teoria quantistica non può averla compresa.»
— Niels Bohr, citato da Werner Heisenberg, Physics and Beyond
Non è soltanto una battuta. Il mondo quantistico non corrisponde alle categorie intuitive attraverso le quali siamo abituati a osservare gli oggetti della nostra esperienza quotidiana.
Nota 2 — La frase di Bohr è riportata da Werner Heisenberg in Physics and Beyond: Encounters and Conversations (1971), nel resoconto di una conversazione con Bohr e Wolfgang Pauli avvenuta nel 1952.
Costruire una macchina quantistica
Tradurre tutto questo in una macchina reale è enormemente difficile.
Esistono diversi modi per costruire fisicamente un qubit. I circuiti superconduttori utilizzano dispositivi mantenuti a temperature prossime allo zero assoluto. Gli ioni intrappolati vengono sospesi attraverso campi elettromagnetici e manipolati mediante laser. Altri approcci utilizzano fotoni, spin in semiconduttori o cercano di sfruttare proprietà topologiche della materia.
Non esiste ancora una tecnologia che abbia definitivamente prevalso sulle altre.
Nel campo dei circuiti superconduttori siamo ormai ben oltre i primi prototipi da poche decine di qubit. Nell’agosto 2026 IBM ha reso disponibile Nighthawk r2, un processore con 120 qubit programmabili. Ma il semplice numero dei qubit non basta più a descrivere la qualità di un computer quantistico: contano affidabilità, connettività, velocità e soprattutto capacità di controllare gli errori.
Nota 3 — IBM Quantum, documentazione tecnica di Nighthawk r2, 31 agosto 2026. Il processore dispone di 120 qubit programmabili. IBM Quantum — Nighthawk r2
Il grande nemico si chiama infatti decoerenza.
Un qubit è estremamente sensibile all’ambiente. Vibrazioni, variazioni elettromagnetiche, impurità dei materiali e altre interazioni possono alterare lo stato quantistico e distruggere l’informazione che contiene.
È come tentare di mantenere perfettamente sincronizzato un meccanismo delicatissimo mentre tutto intorno produce rumore.
Per questo i computer quantistici richiedono temperature estreme, vuoto, materiali molto puri e sofisticati sistemi di controllo.
E poiché gli errori non possono essere completamente eliminati, occorre correggerli. Nasce così la correzione quantistica degli errori, nella quale l’informazione di un qubit logico viene distribuita e protetta utilizzando più qubit fisici.
È una delle grandi sfide ancora aperte.
Anche la strada dei cosiddetti qubit topologici, concepiti per essere intrinsecamente più resistenti ai disturbi, rimane sperimentale. I progressi annunciati negli ultimi anni sono importanti, ma alcune interpretazioni fisiche sono ancora oggetto di discussione nella comunità scientifica.
Nota 4 — Nel 2026 la ricerca sui qubit topologici rimane un settore in evoluzione. Alcuni risultati sperimentali e la loro interpretazione continuano a essere discussi nella comunità scientifica.
Che cosa possono fare davvero
Il vantaggio di un computer quantistico non consiste nell’essere più veloce in qualsiasi operazione.
Per scrivere un documento, navigare sul Web, modificare una fotografia o guardare un film, un computer quantistico non avrebbe alcun particolare vantaggio. Il suo interesse riguarda determinate categorie di problemi.
Uno degli esempi più celebri è l’algoritmo di Shor, elaborato nel 1994, che mostra come un computer quantistico sufficientemente grande e affidabile potrebbe fattorizzare numeri interi molto più efficientemente dei metodi classici conosciuti. Le conseguenze per alcuni sistemi crittografici sarebbero enormi.
Ma quel «sufficientemente grande e affidabile» è decisivo: oggi l’algoritmo non è stato eseguito su una scala capace di compromettere le chiavi crittografiche realmente utilizzate.
Nota 5 — Peter Shor presentò nel 1994 l’algoritmo quantistico per la fattorizzazione. Il risultato teorico non significa che gli attuali computer quantistici siano in grado di violare su scala pratica i sistemi crittografici che dipendono dalla difficoltà della fattorizzazione.
Un altro campo fondamentale è la simulazione della materia. Molecole ed elettroni sono sistemi quantistici: utilizzare una macchina quantistica per rappresentarli potrebbe offrire strumenti nuovi nella chimica, nella ricerca sui materiali, nella catalisi e, in prospettiva, nello studio di molecole di interesse farmacologico.
Si studiano inoltre applicazioni nell’ottimizzazione, nella finanza e nel machine learning. In questi settori, però, è necessaria cautela: molte possibilità rimangono oggetto di ricerca e non equivalgono ancora a un vantaggio pratico dimostrato rispetto ai migliori metodi classici.
È probabilmente questa la distinzione più importante da conservare quando si parla di computer quantistici:
possibile non significa ancora disponibile.
Il futuro sarà ibrido
Il computer quantistico non sembra destinato a sostituire quello classico.
È molto più probabile che le due tecnologie lavorino insieme. CPU e GPU continueranno a svolgere la maggior parte dei calcoli, mentre processori quantistici potranno essere utilizzati come acceleratori specializzati quando un problema possiede caratteristiche adatte.
La ricerca si sta infatti spostando dal semplice record del numero di qubit verso una domanda molto più concreta:
quanta computazione utile può realmente produrre una macchina quantistica?
Ridurre gli errori, aumentare i tempi di coerenza, migliorare le architetture e costruire qubit logici affidabili saranno passaggi decisivi.
Il computer quantistico rimane quindi una tecnologia in costruzione, sospesa tra risultati sperimentali già reali e promesse che devono ancora essere dimostrate su larga scala.
Ma possiede una caratteristica che lo rende culturalmente affascinante oltre che tecnologicamente importante.
Per secoli abbiamo costruito macchine secondo il modo intuitivo con cui osserviamo il mondo: un ingranaggio occupa una posizione, un interruttore è acceso oppure spento, una causa produce un effetto.
Con il computer quantistico stiamo tentando qualcosa di diverso.
Feynman aveva intuito il punto di partenza: la natura non è classica.
Ora stiamo cercando di costruire macchine capaci di utilizzare proprio quelle leggi della natura che, come ricordava Bohr, continuano a mettere in crisi la nostra intuizione.
Nota per le immagini
Le immagini pubblicate a corredo dell’articolo sono state create con il contributo dell’intelligenza artificiale generativa e successivamente selezionate e curate dalla redazione di Inchiostronero.
Riccardo Alberto Quattrini
Scrittore, saggista e autore del blog culturale Inchiostronero
