Chip quantistici: cosa sono e perché sono importanti

Dopo decenni di ricerca, negli ultimi anni le grandi aziende tecnologiche americane hanno rilasciato i loro chip quantistici. Si tratta di processori estremamente importanti nell'ambito della tecnologia moderna. Grazie al loro utilizzo, infatti, sarà possibile compiere dei passi da gigante nella comunicazione tra le persone e con le aziende.

 

L'informatica quantistica sta prendendo sempre più corpo, anche se ancora i progressi sono lenti. La tecnologia è su piccola scala, ma ha il potenziale per alterare in modo significativo il modo in cui si guarda all'informatica.

 

L'elaborazione di chip legati ai quanti è già un passo che fino a poco tempo fa era inimmaginabile. Vediamo quindi in cosa esattamente consistono, quali sono gli impieghi che se ne fanno e le difficoltà ancora che incontrano. Infine, daremo un'occhiata alle principali aziende che al momento hanno prodotto questi tipi di semiconduttori. 

 

I chip quantistici sono componenti elettronici che sfruttano la meccanica quantistica per elaborare informazioni a una velocità elevata. L'unità fondamentale di calcolo per i normali processori è il bit, ossia un'unità che memorizza le informazioni attraverso un processo binario: uno o zero. Alla base dei chip quantistici, invece, vi è il qubit, ovvero un'unità che riflette la probabilità di uno o zero, ma anche di entrambi contemporaneamente. Significa che le informazioni possono esistere in più stati contemporaneamente. 

 

Tutto questo è importante perché in questo modo i calcoli più complessi possono essere elaborati a una velocità e con una potenza molto superiori rispetto al normale. In sostanza, i chip sono inseriti in un computer quantistico, ovvero un supercomputer in grado di elaborare le informazioni in maniera estremamente rapida ed efficiente. Il primo modello quantistico fu proposto dal fisico Paul Benioff negli anni '80 con la macchina di Turing. Nel 1996, il fisico David Di Vincenzo pubblicò un saggio che descriveva gli elementi vitali per la creazione di un computer quantistico. Questi criteri sono stati un punto di riferimento importante fino ad oggi.

 

Un grande supporto è stato dato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) degli Stati Uniti, che negli ultimi vent'anni ha finanziato la ricerca sull'informatica quantistica. Secondo gli esperti del settore, grazie alla potente forma di calcolo dei computer quantistici, si potrebbero ottenere importanti progressi in alcune aree chiave come la chimica e l'assistenza sanitaria. 

 

 

Costruire un computer quantistico è un'operazione tutt'altro che semplice, perché le aziende dovranno affrontare delle sfide molto impegnative.

 

Uno degli ostacoli è legato agli errori di calcolo dei chip quantistici quando le particelle entrano in contatto con piccole variazioni di calore, vibrazioni o interferenze elettromagnetiche.

 

Un secondo problema riguarda la scalabilità dell'informatica quantistica. Le più grandi aziende del mondo dovranno essere rimodellate se seguono questa strada, ma è importante che l'attività sia scalabile.

 

Infine, c'è la questione della catena di approvvigionamento dei chip, tenendo conto di una domanda potenziale enorme che può determinare un deficit dell'offerta come avvenuto durante il periodo pandemico.

 

Alla luce di queste sfide, quando sarà possibile vedere l'esordio di un computer quantistico? All'inizio di quest'anno, Jensen Huang, Amministratore delegato di Nvidia, il numero uno mondiale nella progettazione di chip, ha affermato che occorrerà aspettare dai 15 ai 30 anni. Verso la fine di febbraio 2025, anche Oskar Painter, capo dell'hardware quantistico di Amazon Web Services, ha spento le speranze di chi si aspetta un arrivo in tempi brevi. L'esperto infatti prevede una tempistica dai 10 ai 20 anni.

 

 

Sono diverse le grandi aziende tecnologiche che hanno investito molto nella ricerca e sono riuscite a progettare il loro primo chip quantistico. Vediamone cinque in particolare.

 

 

Nel mese di giugno 2023, Intel ha annunciato il chip quantistico Tunnel Falls a 12 qubit, prodotto dalla Fab D1 in Oregon. Il semiconduttore è stato realizzato su wafer a 300 mm, con una resa del 95% per wafer e un'uniformità della tensione simile a quella di un processo logico CMOS. 

 

 

A dicembre 2023, in occasione del Quantum Summit di IBM, il colosso tech americano ha presentato il Quantum Heron, il primo di un serie di processori quantistici che raggiungono prestazioni elevate utilizzando 133 qubit. Il processore è stato installato nella progettazione del primo computer modulare di Big Blue a Yorktown Heights, nello Stato di New York, che prende il nome di Quantum System Two. 

 

 

Dopo un lavoro di ricerca durato oltre un decennio, alla fine del 2024 Google ha presentato Willow, chip dotato di 105 qubit. Il processore è in grado di eseguire in meno di cinque minuti un calcolo che il più potente dei supercomputer tradizionali impiegherebbe 10 settilioni di anni.

 

 

A febbraio 2025, Microsoft ha rilasciato Majorana 1, il suo chip quantistico che impiega 8 qubit topologici utilizzando il semiconduttore arseniuro di indio e l'alluminio. Si tratta di uno stato della materia completamente nuovo ottenuto dopo quasi vent'anni di ricerca sul campo (Microsoft lancia il suo primo chip quantistico, cosa fare in Borsa?). 

 

 

Pochi giorni dopo l'annuncio di Microsoft, Amazon ha svelato Ocelot. Il nome si riferisce agli oscillatori che generano segnali elettrici periodici. Il semiconduttore a 5 qubit è costituito da due minuscoli quadrati di silicio messi uno sopra l'altro. L'aspetto interessante è che con tale architettura, è possibile ridurre del 90% i costi per la costruzione di un computer quantistico rispetto ad altri metodi (Amazon costruisce il primo chip quantistico, perché è importante).