articolo di Cesare Alemanni
La computazione quantistica è una delle tecnologie più discusse degli ultimi anni e l’idea di costruire sistemi di calcolo basati sui fenomeni della fisica quantistica continua ad alimentare aspettative enormi. Eppure il quantum computing resta lontano dall’essere una tecnologia matura. Non soltanto perché molti problemi scientifici devono ancora essere risolti, ma anche perché, al momento, manca una filiera industriale in grado di produrre in modo scalabile, e a costi sostenibili, l’hardware necessario a far funzionare un computer quantistico.
Come si può immaginare, costruire un hardware simile è molto complesso. Servono materie prime rare, chimica avanzata, sistemi criogenici sofisticati, ottica di precisione e componenti prodotti da un numero ristretto di aziende specializzate.
Il problema fondamentale è che un computer quantistico non deve semplicemente “calcolare”. Deve riuscire a “mantenere in vita” stati fisici estremamente fragili e utilizzarli per il calcolo. La grande promessa del quantum computing – sfruttare fenomeni quantistici come la sovrapposizione e l’entanglement per eseguire operazioni impraticabili per i computer tradizionali – dipende infatti dalla capacità di isolare gli effetti quantistici dalle interferenze del mondo esterno. Il problema, come anticipato anche da Heisenberg, è che gli stati quantistici sono incredibilmente instabili. Basta pochissimo per distruggerli: una vibrazione microscopica, una minima interferenza elettromagnetica, una variazione termica impercettibile. Questo significa che la prima e principale sfida da affrontare per produrre un computer quantistico è quella di costruire una specie di guscio che isoli il processo di calcolo dal “rumore” dell’ambiente esterno.
La sfida del freddo
Una delle interferenze più difficili da controllare è il calore. Per questo molti computer quantistici – in particolare quelli basati su circuiti superconduttori, una delle architetture oggi più sviluppate da aziende come IBM e Google — operano a temperature vicinissime allo zero assoluto, inferiori persino a quelle dello spazio profondo. Per raggiungerle servono sofisticati sistemi criogenici chiamati dilution refrigerator (refrigeratore a diluizione): strutture metalliche, simili a candelabri barocchi, che sono diventate una delle immagini simbolo del quantum computing.
Uno degli elementi chiave per il funzionamento di questi refrigeratori è invece l’elio-3. Rarissimo sulla Terra, l’elio-3 è un isotopo in proporzione più abbondante sulla superficie lunare, dove si è accumulato per miliardi di anni a causa del bombardamento del vento solare. I depositi di elio-3 diffusi nella regolite lunare alimentano da decenni miti tecnologici su future miniere sulla Luna che oggi, nell’era del “capitalismo spaziale”, paiono meno fantascientifici di un tempo.
E del resto si può facilmente immaginare come un eventuale aumento della domanda di questo isotopo, connessa alla crescita del quantum computing, potrebbe rendere ancora più allettante l’avvio di attività estrattive lunari. Nell’attesa, gran parte dell’elio-3 disponibile sul nostro pianeta deriva indirettamente dal decadimento del trizio prodotto nei vecchi programmi nucleari militari, creando così un cortocircuito tra una tecnologia di frontiera e i residui industriali della guerra fredda.
Questa dipendenza da materie prime estremamente specializzate rende la filiera dei refrigeratori a diluzione molto fragile. A produrre queste macchine, infatti, sono pochissime aziende al mondo. La finlandese Bluefors, per esempio, è diventata in pochi anni uno dei principali fornitori dell’industria quantistica globale, ma anche uno degli snodi più delicati dell’intera catena produttiva. Se oggi si osserva la struttura industriale del quantum computing, ci si accorge infatti che il settore assomiglia meno all’industria informatica classica e più a un ecosistema di nicchie iperspecializzate, dove pochi attori controllano componenti essenziali e difficilmente sostituibili.