Un’analisi pubblicata su Science rivela quali sono oggi le tecnologie quantistiche più avanzate, quali sfide tecniche ne impediscono la diffusione e perché gli esperti invitano a moderare le aspettative a breve termine. Non è sempre facile capire quando una tecnologia ha superato il confine tra teoria e applicazione pratica. Spesso questo cambiamento avviene in silenzio, nei laboratori dove si combinano elementi ancora instabili ma promettenti. È quello che sembra stia accadendo ora con l’informatica quantistica. Secondo un nuovo articolo pubblicato su Science, un gruppo di ricercatori afferma che questo campo sta entrando in una nuova fase, paragonabile all’irruzione del transistor negli anni Cinquanta. Questo nuovo studio non presenta una scoperta isolata, ma una valutazione ampia dello stato attuale dell’hardware quantistico. I ricercatori paragonano questo momento alla nascita dell’era dei transistor, quando l’informatica passò dall’essere un esperimento di laboratorio a una tecnologia trasformativa. Le basi sono già state gettate, esistono sistemi funzionanti e la prossima grande sfida è quella di scalare queste tecnologie. Come ha affermato l’autore principale dello studio, David Awschalom, “i concetti fondamentali della fisica sono stati stabiliti, esistono sistemi funzionanti e ora dobbiamo promuovere le partnership e gli sforzi coordinati necessari per raggiungere il pieno potenziale della tecnologia”.
Dal laboratorio al mondo reale
Nell’ultimo decennio, l’informatica quantistica ha fatto un importante balzo in avanti. È passata da semplici prove di concetto a sistemi che iniziano ad avere applicazioni concrete. Non si tratta solo di calcoli teorici o idee futuristiche: esistono già prototipi funzionanti che operano nel cloud e piattaforme accessibili al pubblico. Secondo l’articolo, questo progresso è stato possibile grazie alla collaborazione tra istituzioni accademiche, governi e industrie, in un modello simile a quello che ha promosso lo sviluppo della microelettronica a metà del XX secolo.
I ricercatori identificano sei principali piattaforme di hardware quantistico che stanno guidando lo sviluppo attuale: qubit superconduttori, ioni intrappolati, difetti di spin, punti quantici semiconduttori, atomi neutri e fotoni ottici. Ciascuna di queste tecnologie ha i propri punti di forza e le proprie sfide, e tutte sono oggetto di studio come possibili basi per futuri computer quantistici, reti di comunicazione avanzate e sistemi di rilevamento ultraprecisi.
Per valutare lo stato di maturità di queste piattaforme, gli autori hanno utilizzato modelli linguistici come ChatGPT e Gemini, che hanno analizzato le informazioni disponibili per assegnare un livello di preparazione tecnologica o TRL (Technology Readiness Level). Questo indicatore, che va da 1 a 9, consente di stimare quanto una tecnologia sia vicina alla sua applicazione reale. Secondo l’articolo, “anche se un TRL elevato può indicare una progettazione sofisticata, ciò non significa necessariamente che la tecnologia sia pronta per l’uso industriale”.
A che punto siamo realmente?
Nonostante l’entusiasmo per i prototipi attuali, i ricercatori sono chiari: le prestazioni lorde di queste tecnologie sono ancora in una fase iniziale. Molte delle applicazioni quantistiche più ambiziose, come le simulazioni chimiche su larga scala, richiederanno milioni di qubit fisici con un tasso di errore estremamente basso. Oggi, tale livello di precisione è ancora fuori dalla portata della tecnologia disponibile.
Uno dei coautori, William D. Oliver del MIT, sottolinea l’importanza di comprendere il contesto quando si parla di progresso. Sebbene i chip semiconduttori degli anni ’70 avessero già raggiunto il TRL-9, “potevano fare ben poco rispetto agli attuali circuiti integrati”. Allo stesso modo, un TRL elevato nelle tecnologie quantistiche non implica che l’obiettivo sia stato raggiunto. Nelle sue parole, “riflette il raggiungimento di una dimostrazione significativa, anche se relativamente modesta, a livello di sistema”.
Il messaggio è chiaro: ci sono progressi, ma la strada verso un sistema quantistico veramente utile sarà lunga. La comunità scientifica non lo vede come un fallimento, ma come parte di un processo naturale. L’importante è che si stiano già compiendo i passi strutturali necessari affinché questa tecnologia esca dal laboratorio ed entri nelle nostre vite.
Sfide tecniche per scalare il quantum computing
Una delle maggiori sfide che il quantum computing deve affrontare oggi è la scalabilità. Molti dei sistemi attuali richiedono ancora un canale di controllo individuale per ogni qubit. Ciò significa che, man mano che si aggiungono più qubit, si moltiplica anche il numero di cavi, connessioni e sistemi di supporto necessari, cosa che non è sostenibile su larga scala. È ciò che gli ingegneri classici hanno definito negli anni ’60 come la “tirannia dei numeri”.
Inoltre, ci sono problemi importanti con la fornitura di energia, la gestione della temperatura, la calibrazione automatica e il controllo del sistema in generale. Queste difficoltà tecniche rendono la costruzione di un sistema quantistico funzionale su larga scala non solo una questione di fisica, ma anche di ingegneria complessa. Sono necessari progressi nella scienza dei materiali, nei processi di fabbricazione e nella progettazione modulare delle architetture quantistiche.
Secondo lo studio, i dispositivi quantistici dovranno poter essere fabbricati in modo ripetibile ed economico, il che implica la creazione di processi industriali simili a quelli delle fonderie di chip classici. E questo richiede, oltre alla tecnologia, un ecosistema coordinato che coinvolga aziende, università e governi.
Lezioni dal passato: come hanno fatto i transistor
L’articolo propone uno sguardo storico per comprendere i prossimi passi. L’evoluzione dell’elettronica classica è stata lunga e non sempre lineare. Tecnologie come la litografia o i materiali per i transistor hanno impiegato decenni per passare dai laboratori alle fabbriche. Gli autori ritengono che l’informatica quantistica seguirà un percorso simile: lento, ma costante, se si prendono le decisioni giuste fin da ora.
In questo contesto, una delle raccomandazioni chiave è quella di adottare strategie di progettazione sistemica, dall’alto verso il basso, che pensino al dispositivo finale sin dalle prime fasi di sviluppo. Si sottolinea anche la necessità di mantenere un corpus di conoscenze aperto e condiviso, che eviti una frammentazione prematura del campo.
I ricercatori sottolineano un aspetto spesso trascurato nella narrativa del progresso scientifico: il tempo. “La pazienza è stata un elemento chiave in molti sviluppi storici”, scrivono, “e sottolinea l’importanza di moderare le aspettative sui tempi delle tecnologie quantistiche”. Non è un invito allo scetticismo, ma a una pianificazione realistica. La rivoluzione quantistica non avverrà dall’oggi al domani, ma è già in atto.
