Da Marsala al Fermilab di Chicago, con l’incarico di realizzare per gli Stati Uniti il computer quantistico più potente mai concepito. Lungo la strada una laurea all’università di Pisa, un dottorato di ricerca alla University of Pennsylvania, e l’onorificenza per il brillante avvio di carriera a lei conferita nel 2017 dal presidente Barack Obama. L’ingegnere elettronico Anna Grassellino ha bruciato tutte le tappe che l’hanno portata a co-dirigere uno dei laboratori di ricerca scientifica più importanti del mondo, spinta da una vivacità intellettuale che tracima nella conversazione, tanto da far sospettare che il suo livello di entusiasmo sia stato contaminato da una perdita, durante la lunga pratica a fianco degli acceleratori di particelle. Un anno fa la Grassellino e il suo istituto hanno vinto una delle cinque commissioni governative per la costruzione di un computer quantistico da 250 qubit, cinque volte l’unità di misura già raggiunta da un progetto Google, due volte e mezza quella prefissata da una parallela ricerca decennale ordinata dalla comunità europea. Abbiamo parlato con lei per MoltoFuturo alla vigilia di una valutazione paritaria ordinata dal governo Usa, una revisione del lavoro svolto, da parte di un panel di massimi esperti del settore.
Grassellino, è già possibile tracciare un bilancio? A che punto siete nel lavoro?
«La presentazione del progetto Google due anni fa ha chiarito che la strada che porterà alla creazione di un super computer quantistico è aperta, e che l’orizzonte dei successi da conquistare è molto vasto. Nessuna delle ricerche in corso ha però finora mostrato applicazioni reali sulla cui base valutare e comparare la qualità di un disegno rispetto ad un altro. Io penso che questo passaggio avverrà presto, prima della scadenza dei cinque anni che ci siamo posti, e che su questa base inizieremo a giudicare chi è più avanti. Al momento posso dire che noi del Fermilab, insieme alla squadra interdisciplinare che abbiamo composto, abbiamo svolto un’enorme mole di lavoro, e che siamo in anticipo sulla tabella di marcia».
Nel progetto del Fermilab i qubit che erano stati forniti dalla californiana Rigetti Computing sono stati ridisegnati su vostro input per avere una struttura tridimensionale. Per quale ragione?
«Perché la tridimensionalità ci permette di migliorare la qualità dei qubit, che poi vuol dire semplicemente aumentare la durata della loro vita, e migliorare notevolmente la connettività. Lo spazio tridimensionale è ideale per ospitare non solo i due elementi binari della codificazione: lo zero e l’uno dei bit oggi usati da computer e laptop, ma anche il terzo elemento offerto dalla meccanica quantistica: lo zero e l’uno allo stesso tempo. Un concetto di difficile comprensione perché contro intuitivo, ma di enormi conseguenze per la velocità di computazione. I progetti di computer quantistico di Google e di IBM insistono su unità bidimensionali, perché ai loro occhi l’obiettivo ideale è quello di continuare ad usare il chip montato su silicio come unità di base, e quindi abbreviare il percorso per la realizzazione di super computer quantistici per il mercato dei consumatori. Io penso che questo sia un approccio troppo limitativo e fuorviante. In questa fase abbiamo bisogno di sognare il massimo delle potenzialità per la nuova macchina, anche a costo di creare una struttura di dimensioni gigantesche come quella sulla quale stiamo lavorando, che potrà essere utilizzata solo dai grandi laboratori nazionali. Meglio concentrarsi sul vero problema che ci assilla: come prolungare la vita di un qubit oltre l’attuale durata di pochi millisecondi, che ci impedisce di usarli con efficienza per computare».
Di cosa muore un qubit?
«Ci sono diverse piattaforme per crearli, ma tutti condividono la stessa struttura. Sono composti di due livelli energetici, e di una particella che può trovarsi al livello energetico più alto, a quello più basso, o in una sovrapposizione di questi stati: appunto l’uno e lo zero contemporaneamente. Nella nostra piattaforma superconduttiva introduciamo un fotone in un contenitore dalla superficie interna speculare, nel quale rimbalza da una parete all’altra per un tempo che cerchiamo in tutti i modi di prolungare. Quando viene assorbito da una delle pareti e si trasforma in calore, possiamo dire che l’unità è giunta alla fine della sua vita. Il nostro lavoro consiste nel prolungarla il più possibile, eliminando ogni ostacolo di superficie, fino a portare la temperatura interna del modulo allo zero assoluto».
Il codice binario: uno e zero, corrispondeva tra le altre cose ad un’alternativa secca: vero o falso, sulla cui base il computer origina oggi i risultati. L’introduzione del terzo elemento che è uno e zero allo stesso tempo, segna il passaggio dalla certezza alla probabilità dei risultati?
«Questa è una delle sfide che abbiamo davanti a noi nella ricerca. Al momento gli elementi quantistici disponibili vengono considerati “noisy”, rumorosi, in quanto producono molti errori, anche se sono al tempo stesso particolarmente adatti a studi che implicano il calcolo di probabilità. Una delle unità di misura sulla quale si misureranno i diversi sistemi prodotti quando saranno disponibili sarà appunto la riduzione del fattore di erroneità dal quale partiamo, e il raggiungimento del cosiddetto “vantaggio quantistico”».
Uno dei primi campi di sicura applicazione dell’approccio probabilistico è la criptografia.
«E infatti è la materia più citata, quella che probabilmente troverà per prima un’applicazione pratica. Il computer quantistico potrà decifrare in tempi brevissimi i sistemi di criptazione SRA, oggi comunemente usati dalla maggior parte delle applicazioni che circolano su Internet. Al tempo stesso potrà aiutarci a sviluppare nuovi sistemi di protezione dei dati sensibili, di gran lunga superiori a quelli oggi esistenti».
La pirateria digitale è già oggi indicata dalla National Security statunitense come la minaccia più grave e urgente per la pace interna del Paese. Dobbiamo temere che la creazione di un super computer quantistico metterà nelle mani dei pirati un’arma ancora più potente?
«Questa non è materia di interesse immediato per me, anche se è un oggetto di discussione frequente. È il ministero della Difesa a occuparsi della questione. Per quanto riguarda noi, la minaccia è un ulteriore incentivo ad accelerare i tempi, e a consegnare il lavoro il prima possibile. Diversa è la prospettiva se pensiamo invece all’enorme dibattito che si sta sviluppando già sull’urgenza di un codice etico per la creazione e l’utilizzo delle macchine computerizzate. Al momento ne discutiamo animatamente all’interno del gruppo di ricerca, ma forse sarebbe il caso di formalizzare la presenza di esperti nella nostra equipe già a partire da oggi».
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