Spazio Chirale News   •   10 gennaio, 2021

Da alcuni giorni, sulla nostra piattaforma di e-learning chirale.online è disponibile il Corso di livello base sul Quantum Computing.

Si tratta di uno dei primissimi corsi professionali in italiano che insegna la nuova disciplina dell’Informatica Quantistica attraverso l’esercitazione pratica su veri computer quantistici.

Ma cosa sono i Computer Quantistici?

A che punto è la loro realizzazione? Quando saranno utilizzabili su vasta scala? Come si programmeranno?

Grazie agli improvvisi risultati raggiunti negli ultimi mesi, dopo molti anni di ricerca,  possiamo iniziare a dare una risposta realistica a queste domande.

I primi computer quantistici funzionanti sono già tra noi. Non sono ancora vantaggiosi per applicazioni di livello commerciale ma consentono di svolgere attività di ricerca e formazione su questa nuova tecnologia, come ad esempio il nostro Corso.

Colossi come IBM, Google, Intel e Honeywell hanno annunciato entro il 2024 il rilascio della prima generazione di computer quantistici commerciali. Questa generazione è stata battezzata NISQ, perché si tratterà di sistemi ancora soggetti ad errori (Noisy), ancora di media potenza (Intermediate-Scale) ma comunque pienamente Quantistici.

Google, in polemica con IBM, ha annunciato di aver raggiunto la “Supremazia Quantistica”.

Alcune startup focalizzate su questo settore, come la D-Wave, hanno addirittura già dichiarato i loro prodotti utilizzabili e vantaggiosi per le aziende.

Cosa c’è di vero dietro questi annunci dal sapore decisamente commerciale e promozionale?

La nostra opinione, condivisa da molti analisti internazionali, è che, pur applicando la giusta tara ai toni trionfalistici del marketing, risultano evidenti i primi risultati significativi e molto probabilmente il mercato sarà fortemente influenzato dall’introduzione di una nuova generazione di servizi di calcolo, che saranno totalmente diversi rispetto all’attuale tecnologia informatica.

La grande opportunità offerta dal Quantum Computing, ma anche il principale rischio nel non considerare questa tecnologia, risiede infatti in questa profonda differenza.

I Computer Quantistici non sono la naturale evoluzione dei computer o supercomputer attuali. I Computer Quantistici sono basati su un diverso tipo di Informatica.

La nuova Informatica Quantistica utilizza un sistema matematico molto più complesso di quello utilizzato nell’Informatica Classica.

Alle addizioni tra numeri binari, eseguite all’interno dei microprocessori classici, vengono sostituite operazioni di Algebra Lineare. L’Informatica Quantistica utilizza la Meccanica Quantistica dove l’Informatica Classica utilizza l’Aritmetica dei Numeri Interi.

Il background minimo per imparare a programmare un computer classico lo si acquisisce dopo aver frequentato le prime classi della scuola elementare.

Il background minimo per programmare efficacemente un computer quantistico lo si acquisisce dopo aver studiato una parte significativa della matematica superiore. La maggior parte dei laureati in fisica, ingegneria e matematica ha bisogno di perfezionare qualche nozione sull’Algebra Lineare e gli Spazi di Hilbert prima di cimentarsi nella programmazione quantistica.

Questo vuol dire che le aziende che oggi stanno investendo sul Calcolo Quantistico e stanno sviluppando e adattando una nuova classe di algoritmi alle loro esigenze, potrebbero trovarsi entro i prossimi anni improvvisamente in grado di risolvere problemi che ai propri competitor sono preclusi, perché la supremazia quantistica è proprio la capacità dei nuovi computer di elaborare in poche ore soluzioni che richiederebbero millenni anche ai supercomputer più grandi oggi disponibili.

I primi ad impiegare il Calcolo Quantistico potranno avere un vantaggio competitivo in grado di monopolizzare di fatto il mercato.

Lo scenario descritto sembra assai probabile. Anche il mercato del lavoro ne subirà gli effetti. Già oggi gli specialisti in settori come machine learning e data science sono figure professionali molto ben remunerate poiché la domanda è superiore all’offerta, nel caso del Quantum Computing la situazione sarà ancora più esasperata, la domanda di specialisti in Quantum Computing potrebbe essere enormemente più ampia rispetto alle poche professionalità esistenti e ai lunghi tempi di formazione che questa tecnologia richiede.

Raggiungere nei prossimi mesi un livello di competenza che permetta di definirsi “Quantum Ready” è una grande opportunità per professionisti e aziende.

Per questo abbiamo progettato il nostro Corso, che, cosa molto importante, si rivolge a tutti, esattamente come gli altri nostri corsi di livello base.

Per frequentare il nostro Corso di Quantum Computing non è necessario che abbiate nozioni di Informatica Classica. L’Informatica Quantistica è molto diversa dall’Informatica Classica, per cui se non ne sapete nulla è anche meglio.

La Meccanica Quantistica che si usa nell’Informatica Quantistica è la stessa matematica utilizzata nella branca della fisica che studia il mondo delle particelle sub-atomiche dove vige una teoria chiamata Teoria dei Quanti (da cui il nome) che oggi è la teoria più accurata e che meglio descrive l’intero Universo, ma per frequentare il nostro corso non avete bisogno di alcuna conoscenza in questo settore. I Computer Quantistici che programmeremo non sono affatto di dimensioni sub-atomiche, anzi, al momento sono piuttosto ingombranti.

Ma allora come proponiamo risolvere il problema della notoria difficoltà di questa branca superiore della matematica?

Qual’è il livello minimo di competenze matematiche che occorre possedere per comprendere le lezioni?

La risposta è semplice: le quattro operazioni elementari (addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione) e la radice quadrata. Il resto può tornarvi utile ma non è indispensabile, perché i concetti matematici li introdurremo da zero, o meglio partendo dalle quattro operazioni.

La nostra promessa di erogare un corso realmente accessibile a tutti potrebbe sembrare eccessivamente ambiziosa ma in realtà, esistono una serie di circostanze fortunate.

Prima botta di … fortuna: l’Informatica Quantistica non utilizza l’intera Meccanica Quantistica ma solo una parte limitata, che tra l’altro è quella meno complessa.

Secondo e più importante elemento: non è così vero che la Meccanica Quantistica sia una materia difficile. Da un punto di vista puramente matematico non contiene nulla di intrinsecamente complesso, il vero problema è che fino ad oggi è stata studiata in modo puramente astratto. Le formule della fisica classica che si studia a scuola non sono più semplici di quelle che utilizzeremo nel corso, l’apparente maggiore abbordabilità deriva dal fatto che sono associate a fenomeni che tutti noi conosciamo e le analogie con il mondo che ci circonda forniscono spunti mnemonici che ci aiutano a ricordarle e a dare un senso alle relazioni matematiche.

La fisica quantistica mostra fenomeni che non hanno uguali nel mondo macroscopico. Gli scienziati dei primi del ‘900 che si sono trovati ad osservare fenomeni bizzarri ed inspiegabili hanno dedotto le leggi e le formule che permettevano di prevedere il comportamento dei sistemi sub-atomici ma non ne comprendevano la reale natura. La nostra mente ha difficoltà a comprendere un nuovo fenomeno se questo non è riconducibile a fenomeni che sono visibili tutti i giorni nel mondo della fisica classica.

Di fronte alle regole della meccanica quantistica la nostra mente cerca un appiglio, una analogia con qualche fenomeno che è possibile vedere nel mondo fisico a cui siamo abituati, ma proprietà come la superposition, la probabilità negativa e l’entanglement semplicemente non sono presenti e visibili nel mondo macroscopico, per cui le relative formule che descrivono tali proprietà, pur essendo il più delle volte semplici, restano appese nella nostra mente in un limbo di astrattezza che non ci aiuta a ricordarle e a comprenderne le applicazioni.

In realtà questo era vero fino ad oggi. Oggi i computer quantistici esistono e sono oggetti reali, macroscopici e soprattutto utilizzabili da chiunque possegga un computer (classico) e un collegamento ad Internet.

Il computer Quantistico utilizza i Qbit che sono oggetti quantistici.

Il nostro metodo di insegnamento basato sul learn by doing ci ha permesso di insegnare materie notoriamente difficili come la programmazione dei Microcontrollori in modo molto efficace, basando la didattica sull’esperimento creativo. Ai nostri studenti chiediamo di provare a realizzare un circuito e uno sketch di programma con lo stesso approccio che hanno i bambini durante la scuola materna.

Una volta acquisito il feed-back pratico su quello che accade nel prototipo appena creato è molto più immediato comprenderne le ragioni tecnologiche e teoriche che vi sono dietro. In questo modo la didattica risulta divertente e il divertimento rende affascinante la materia.

Il nostro Corso Base di Quantum Computing è organizzato esattamente nello stesso modo. Sin dalla prima lezione gli allievi saranno guidati alla registrazione di un account sulla rete cloud IBM Quantum Experience e potranno eseguire personalmente gli esperimenti proposti.

I principi di quella parte della meccanica quantistica che serve al calcolo quantistico saranno spiegati in relazione ai fenomeni osservati e molta della difficoltà solitamente attribuita alla materia sarà sicuramente sfatata.

Rispetto ad un Corso Base di Arduino il tempo necessario a completare il corso sarà sicuramente molto più lungo, ma riteniamo che il metodo fortemente pratico e sperimentale consentirà di gestire il percorso con molta gradualità, rendendolo accessibile a tutti.

Se la materia vi affascina, potete provare gratuitamente la prima lezione che è accessibile senza registrazione sulla piattaforma di e-learning.