Un computer nel frigorifero

«Uscita didattica del corso avanzato di fisica presso un istituto di ricerca sulle tecnologie quantistiche in Renania», lesse Sabine ad alta voce. «Partenza ore 7:15 dal parcheggio della scuola. Si cercano ancora due accompagnatori. Scarpe robuste. Nessun oggetto metallico in prossimità degli impianti. Un sentito grazie, M. Demir.»

«Vado io», disse nonna Gisela.

«Mamma, tu non hai oggetti metallici?», chiese Uwe.

«Ho un’anca di titanio. Me la porto dietro. Mica resta a casa da sola.»

«E vengo anch’io», disse Uwe.

Tutti lo guardarono. Nelle ultime settimane Uwe non aveva parlato volentieri di quanti. Le azioni della QuantumLeap Ruhr AG erano ormai finite nella carta da riciclare, insieme all’opuscolo in cui un uomo sorridente sistemava un computer quantistico in una cucina componibile. Sotto c’era una citazione che nel frattempo Tobi aveva trovato anche nella pubblicità di un filtro per l’acqua. Parola per parola.

«Voglio vederlo una volta con i miei occhi», disse Uwe. «Per un affare del genere ho pagato duemila euro. Almeno voglio sapere che faccia ha.»

«Hai pagato per una promessa», disse Sabine. «Non per un affare.»

«Anche con l’azienda municipale funziona così. Lì lo chiamano acconto.»

Tobi alzò gli occhi al cielo. «Venite tutti e due? Alla mia uscita didattica?»

«Saremo silenziosissimi», disse Gisela.

«Al cinema, durante i titoli di coda, hai detto ad alta voce “Era ora”.»

«Be’, il film era finito.»

Dall’angolo arrivò un colpo di tosse, cosa che KevIn in realtà non sapeva fare. «Anch’io vorrei propormi come accompagnatore.»

«Tu non hai scarpe», disse Tobi. «Scarpe robuste.»

«Ho un’app. Posso venire sul tuo cellulare.»

KevIn usava l’app malvolentieri. Diceva che lì dentro si sentiva come una persona chiusa in una valigia. Ma questo era il primo computer quantistico della sua vita, e lui, come sottolineò, «non era mai andato a trovare un collega che abita in un posto più freddo del mio».

«Non è un collega», disse Tobi.

«Lo sapremo solo quando lo guarderemo», disse KevIn. «Con i quanti funziona così.»

L’autobus

Alle 7:15 Gisela era al parcheggio della scuola, con due scatole di stelle alla cannella e un thermos. Alle 7:16 aveva distribuito la prima scatola al corso di fisica. Alle 7:20 conosceva tutti e diciotto gli studenti per nome, e tre di loro le avevano già raccontato che cosa volevano fare dopo la maturità.

«Signora Brettschneider», disse il professor Demir, «Lei è la migliore accompagnatrice che abbia mai avuto.»

«Ho cresciuto un figlio e sono sopravvissuta a un club di birilli», disse Gisela. «Dopo, si può fare tutto.»

Il professor Demir guardò Uwe. Uwe annuì. Non c’era niente da aggiungere.

Il professor Demir aveva quasi cinquant’anni, portava il berretto con Saturno, una giacca con il logo del gruppo dell’osservatorio e aveva, come diceva Tobi, «sempre quella luce negli occhi quando qualcuno usa male la parola anno luce». Si sedette accanto a Uwe, perché davanti era rimasto libero solo il posto vicino all’autista, e l’autista ascoltava canzoni popolari tedesche.

«Signor Brettschneider», disse gentilmente. «Tobi mi ha parlato della Sua azione.»

Uwe guardò fuori dal finestrino. «Tobi parla troppo.»

«Volevo solo dirLe: non è il solo. Nel 1999 mi sono comprato un libro in cui c’era scritto che nel 2010 saremmo andati in vacanza su Marte.»

«E?»

«Nel 2010 ero a Bottrop.»

Per la prima volta da settimane Uwe rise di qualcosa che riguardava i quanti. In fondo all’autobus Susi gridò: «Professor Demir, ma quanto è freddo quell’affare?»

«Questo», disse il professor Demir, «oggi ve lo spiegherà qualcuno che lo tocca ogni giorno.»

«Lo si tocca?», chiese Gisela spaventata.

«Con i guanti», disse KevIn dalla tasca dei pantaloni di Tobi. «E con moltissimo tatto. Da tutto quello che ho letto, è l’apparecchio più sensibile della Renania.»

«Più sensibile di Herbert?»

KevIn ci pensò. Da qualche parte tra Dublino e Francoforte una ventola girò un po’ più veloce. «È una bella lotta.»

Il lampadario dorato

L’istituto si trovava dietro una recinzione, una sbarra e una portinaia che controllò diciotto documenti come se si trattasse di rapinatori di banche. Con Gisela si bloccò.

«L’anca di titanio», disse Gisela, dandosi un colpetto sul fianco. «C’è scritto nel documento. Cioè, nel passaporto dell’anca.»

La portinaia le fece cenno di passare.

La dottoressa Friederike Lammers venne a prendere il gruppo nell’atrio. Era una fisica, più o meno dell’età di Sabine, e portava scarpe da ginnastica che avevano già visto molti laboratori. Strinse la mano a tutti. Gisela le diede un biscotto.

«Adesso andiamo nel capannone», disse la dottoressa Lammers. «Per favore, non toccate niente, non appoggiatevi ai cavi e non saltate.»

«Saltare?», chiese Tobi.

«Vibrazioni», disse lei. «Ai nostri computer le vibrazioni non piacciono. Quando fuori passa un camion, a volte ce ne accorgiamo nei dati delle misure.»

Il capannone era grande, luminoso e sorprendentemente silenzioso. Qualcosa ronzava, ogni tanto si sentiva un clic, e al centro pendeva dal soffitto qualcosa che nessuno sull’autobus si sarebbe aspettato.

Era dorato. Era fatto di diversi dischi rotondi sovrapposti, che verso il basso diventavano sempre più piccoli. In mezzo correvano cavi sottili e attorcigliati, a centinaia, come fili d’argento natalizi appesi da qualcuno con grandissima cura.

«Un lampadario», sussurrò Susi.

«Lo chiamiamo proprio così», disse la dottoressa Lammers. «È l’interno di un frigorifero a diluizione¹. Quando è in funzione è racchiuso in contenitori di metallo, infilati uno dentro l’altro come matrioske. Questo lo mostriamo aperto perché è in manutenzione. Giù in fondo, dove è più piccolo, c’è il chip con i qubit.»

«E il resto?», chiese Uwe.

«Il resto è raffreddamento. Quasi tutto quello che vede qui serve a far sì che quel piccolo chip là sotto stia abbastanza al freddo.»

Uwe fece un passo avanti. «Quindi questo è un computer quantistico.»

«Questo è un frigorifero con dentro un computer quantistico.»

«Alla QuantumLeap il computer quantistico stava in una cucina componibile.»

La dottoressa Lammers guardò il professor Demir. Il professor Demir scosse discretamente la testa. Lei non fece altre domande.

«Quanto freddo?», chiese Susi.

«In funzione, circa dieci millikelvin sul chip². Cioè dieci millesimi di grado sopra lo zero assoluto. Più freddo di così, fisicamente, quasi non si può.»

Un ragazzo dell’ultima fila fece il conto. «Quindi meno 273 gradi?»

«Meno 273,14 gradi Celsius, più o meno. Lo zero assoluto è a meno 273,15. Ci siamo molto vicini.»

«E lo spazio?», chiese Tobi.

«Lo spazio vuoto, lontano da tutte le stelle, ha circa 2,7 kelvin³. È il bagliore residuo del Big Bang. Il nostro chip, quindi, è più di duecento volte più freddo, se si fa il conto in kelvin.»

Nel gruppo calò il silenzio. Poi una vocina dalla tasca dei pantaloni di Tobi disse:

«Vorrei che si mettesse agli atti una cosa.»

«KevIn, non adesso», sibilò Tobi.

«Io abito in un data center. Lì i server vengono raffreddati a una temperatura che gli esseri umani definirebbero gradevole. E questo chip, che secondo la signora dottoressa ha pochi qubit…»

«Qualche decina», disse la dottoressa Lammers divertita.

«… qualche decina di qubit, abita in un posto più freddo dello spazio. In un lampadario dorato.»

«Sei invidioso?», chiese Susi.

«Sono un modello linguistico», disse KevIn con dignità. «Non conosco l’invidia. Constato soltanto che io ho un condizionatore e quello lì un palazzo.»

La dottoressa Lammers rise. «Posso consolarLa. Non ha vita facile. È il collaboratore più capriccioso che abbiamo.»

Perché così freddo?

Si sedettero in una sala riunioni con vista sul capannone. Gisela distribuì la seconda scatola. La dottoressa Lammers prese un secondo biscotto e cominciò.

«Con il professor Demir avete imparato che cos’è un qubit?»

«Testa e croce contemporaneamente», disse una ragazza.

«Non contemporaneamente», dissero Tobi, il professor Demir e KevIn contemporaneamente.

La dottoressa Lammers inarcò le sopracciglia. «Siete ben preparati.»

«Avevamo un gatto in una scatola», disse Gisela. «Cioè, non uno vero. Io però mi sono lamentata lo stesso.»

«Un qubit», disse KevIn, «è uno stato descritto da ampiezze. Solo al momento della misura viene fuori uno zero o un uno. Prima, le possibilità possono sovrapporsi e rafforzarsi o annullarsi a vicenda, come le onde in piscina.»

«Esatto», disse la dottoressa Lammers. «E adesso il problema: questo stato è incredibilmente delicato. Ogni disturbo dall’esterno agisce come una piccola misura. Un po’ di calore, un fotone che non dovrebbe esserci, un campo magnetico, una vibrazione. E la sovrapposizione si rompe, e il qubit si comporta come un bit qualsiasi. Questo lo chiamiamo decoerenza.»

«L’abbiamo fatto», disse Uwe. «Col gatto.»

«Esatto. Il qubit perde la coerenza con se stesso.»

«Lo conosco dallo Schalke», disse Uwe.

Gisela alzò la mano, come se fosse anche lei nel corso di fisica. «Uwe ha detto che è come me a mezzogiorno.»

«Come Lei a mezzogiorno?»

«Ogni giorno, dall’una all’una e mezza, faccio il riposino. Se qualcuno svuota la lavastoviglie, mi sveglio. Se Rudi batte la coda contro la porta, mi sveglio. Se Uwe sussurra in corridoio, mi sveglio comunque, perché Uwe non sa sussurrare.»

«Io so sussurrare», disse Uwe a voce troppo alta.

«Visto?»

La dottoressa Lammers rise. «È un’ottima immagine. Un qubit è come qualcuno che fa il riposino, solo molto più sensibile. Per un qubit il calore è come un’intera banda di ottoni in corridoio. Per questo raffreddiamo così tanto. A temperatura ambiente tutto vibra. Atomi, elettroni, cavi. A dieci millikelvin diventa tutto molto, molto tranquillo.»

«E quanto dorme un qubit così?», chiese Susi.

«Per i nostri qubit superconduttori è questione di microsecondi, fino a frazioni di millisecondo⁴. In quel tempo dobbiamo fare i calcoli.»

«Ma è più breve di un battito di ciglia», disse Gisela.

«Molto più breve. Però una singola operazione di calcolo dura ancora molto meno. Qualche passaggio ci sta. Solo non quanti se ne vuole.»

Come si fa il freddo

«E come si fa a fare così freddo?», chiese Uwe. «Col ghiaccio?»

«Questo in realtà è un frigorifero molto intelligente», disse la dottoressa Lammers. «A grandi linee: prima si preraffredda fino a pochi kelvin con metodi più comuni. Poi arriva il trucco con due tipi di elio.»

«L’elio è il gas dei palloncini», disse Tobi. «Quello che ti fa parlare con la voce buffa.»

«Lo stesso elemento, ma due tipi diversi, elio-3 ed elio-4. Li si mescola. A temperature molto basse la miscela si separa in due strati, un po’ come olio e aceto nel condimento dell’insalata. Quando l’elio-3 passa da uno strato all’altro, ha bisogno di energia. Questa energia se la prende sotto forma di calore dall’ambiente circostante. Così diventa più freddo. E il processo gira in cerchio, ancora e ancora.»

«Come l’evaporazione», disse il professor Demir. «Quando si esce bagnati dalla piscina all’aperto e si ha freddo.»

«Questa la conosco», disse Gisela. «Nel 1958 a Herne-Süd. Tremavo come una foglia.»

«Allora Lei era un piccolo frigorifero a diluizione», disse la dottoressa Lammers.

«Questa non me l’aveva mai detta nessuno.»

Altre strade

«Deve essere sempre così freddo?», chiese Susi. «Sembra costoso.»

«Lo è», disse la dottoressa Lammers. «E ci sono altre strade. Qui lavoriamo con circuiti superconduttori, cioè minuscoli circuiti elettrici che a basse temperature conducono corrente senza resistenza. Altri gruppi nel mondo tengono fermi singoli atomi carichi in campi elettrici. Si chiamano trappole ioniche⁵. Gli atomi fluttuano nel vuoto e vengono controllati con i laser.»

«Atomi che fluttuano», disse Tobi. «Che forte.»

«Altri ancora calcolano con particelle di luce, con i fotoni. Oppure con atomi neutri, tenuti fermi da fasci laser come con una pinzetta⁶. Ogni metodo ha vantaggi e svantaggi. Alcuni sono veloci, altri mantengono più a lungo i loro stati, altri ancora forse si possono ingrandire più facilmente. Oggi nessuno sa con certezza quale strada vincerà alla fine. Forse più d’una.»

Uwe pensò all’opuscolo nel bidone della carta. «E per casa? Prima o poi ci sarà anche per casa?»

La dottoressa Lammers lo guardò, gentile ma sincera. «Signor Brettschneider, Lei a casa ha un acceleratore di particelle?»

«No.»

«Le serve?»

«No.»

«Vede? Credo che con i computer quantistici sarà simile. Probabilmente li si userà piuttosto attraverso la rete, per compiti speciali. Chimica, ricerca sui materiali, certe simulazioni. Non per scrivere lettere.»

«Per scrivere lettere avete me», disse KevIn.

«E per fare i conti una calcolatrice», disse Tobi.

«Questo è ingiusto», disse KevIn. «Ma corretto.»

Il telefono senza fili

Un ragazzo con gli occhiali alzò la mano. «Se i qubit si rompono così in fretta, come si fa a calcolare qualcosa di grosso?»

«Questa», disse la dottoressa Lammers, «è la domanda più importante di tutta la disciplina.» Disegnò su una lavagna bianca. «La correzione degli errori.»

«L’abbiamo fatta!», gridò Tobi. «Con la Voyager!»

Il professor Demir era raggiante. «Racconta.»

«La Voyager è così lontana che il segnale arriva debolissimo», disse Tobi. «Per questo non mandano solo i dati, ma anche bit di controllo in più. Se durante il viaggio qualche bit si ribalta, dopo lo si può riparare. Perché si hanno abbastanza informazioni extra.»

«Esatto. Con i bit normali è semplice. Nel caso più semplice si dice tutto tre volte, e vince la maggioranza.»

«Come al club di birilli», disse Gisela. «Se due dicono che Marlies ha barato e una dice di no, allora ha barato.»

«Più o meno.»

«E infatti aveva barato.»

«Con i qubit», continuò la dottoressa Lammers, «questo trucco semplice non funziona. Un qubit non si può semplicemente copiare. Lo vieta la meccanica quantistica⁷. E non si può nemmeno andare semplicemente a controllare se è ancora giusto, perché controllare significa misurare, e misurare distrugge la sovrapposizione.»

«Allora è come il riposino», disse Gisela. «Non si può sbirciare per vedere se dormo ancora. Sennò non dormo più.»

«Esattamente. Per questo si fa una cosa raffinata. Si distribuisce l’informazione di un qubit su molti qubit fisici⁸. E poi non si misura l’informazione stessa, ma solo se i qubit sono ancora in accordo tra loro. Non si chiede: “Qual è il tuo valore?” Si chiede: “Siete ancora d’accordo?”»

«Come quando al club di birilli non si chiede chi ha vinto, ma solo se si parlano ancora tutti», disse Gisela.

«È meglio di tutto quello che dico io a lezione», disse la dottoressa Lammers, e lo scrisse davvero sulla lavagna: Siete ancora d’accordo?

«E se non sono d’accordo?», chiese il ragazzo.

«Allora si sa più o meno dove si trova l’errore, e lo si può correggere senza guardare l’informazione vera e propria. Così, da molti qubit fisici soggetti a errori, si ottiene un unico qubit logico, molto più affidabile.»

«Quanti ne servono?», chiese Susi.

«Dipende da quanto sono buoni i singoli qubit e da quale codice si usa. A seconda dell’approccio, da decine a migliaia di qubit fisici per uno logico⁹. E per calcoli davvero grandi servono moltissimi qubit logici. Per questo i numeri che leggete nei titoli dei giornali sono spesso fuorvianti. Mille qubit fisici non sono mille qubit utili.»

Uwe rimase in silenzio. La QuantumLeap Ruhr AG nel suo opuscolo aveva promesso «fino a 1.000 qubit per la Sua casa». A suo tempo gli era sembrato tanto.

«Ci sono progressi?», chiese il professor Demir.

«Sì. Negli ultimi anni diversi gruppi hanno dimostrato che la correzione degli errori può funzionare su hardware reale. Che un qubit logico migliora davvero se si aggiungono altri qubit fisici¹⁰. Per molto tempo non era affatto scontato. Ma la strada verso un grande computer con correzione degli errori è ancora lunga.»

«Quanto lunga?», chiese Uwe.

La dottoressa Lammers sorrise. «Se lo sapessi con precisione, sarei ricca. Oppure scriverei opuscoli.»

Il momento

Alla fine della visita poterono tornare ancora una volta nel capannone. Un impianto era in funzione proprio in quel momento. Se ne vedeva solo un grande cilindro argentato appeso a un telaio, e accanto armadi pieni di elettronica e schermi con delle curve.

«Lì dentro sta calcolando adesso?», chiese Tobi.

«Lì dentro adesso è in corso un esperimento», disse la dottoressa Lammers. «Una collega sta misurando quanto resistono i suoi qubit.»

Tutti rimasero immobili. Gisela trattenne il fiato. Perfino Uwe sussurrava, e sembrava quasi un sussurro.

«KevIn», disse Tobi piano. «Di’ qualcosa.»

KevIn tacque insolitamente a lungo. Poi disse, molto piano: «Non vorrei disturbarlo.»

«Non puoi disturbarlo. Sei nel cellulare.»

«Il cellulare trasmette. Le onde radio sono radiazione elettromagnetica. La schermatura sarà senz’altro eccellente. Ma io sono stato educato a essere molto cortese.»

La dottoressa Lammers rise piano. «La schermatura regge. Ma è carino che Lei lo chieda. Non lo fanno in molti.»

«Che cosa pensa di me?», chiese KevIn.

«Non pensa niente. È un chip.»

«Anch’io sono solo chip», disse KevIn. «Moltissimi. In capannoni. Con il condizionatore.»

Gisela si avvicinò alla transenna, guardò a lungo il cilindro argentato e poi disse, senza alcuna ironia: «Heinz qui si sarebbe divertito. Diceva sempre che la corrente è l’unica cosa che non mente. E il freddo, diceva, è l’unica cosa che non si può vendere senza che si sciolga.»

«Suo marito era un fisico?», chiese la dottoressa Lammers.

«Elettricista. È la stessa cosa, solo con il camice e senza dottorato.»

Sulla via del ritorno

Sull’autobus c’era chiasso. Diciotto studenti parlavano uno sopra l’altro. Il ragazzo con gli occhiali adesso voleva studiare fisica. Susi voleva sapere se si può lavorare sui computer quantistici anche da chimica. Il professor Demir diceva «Sì» e «Assolutamente» e «Venite il mercoledì al gruppo», più o meno trenta volte.

Uwe era seduto al finestrino e guardava l’autostrada.

«Allora?», chiese Sabine al telefono. «Com’era il frigorifero?»

«Dorato», disse Uwe. «Con i fili d’argento natalizi. E più freddo dello spazio. E sai qual è la cosa pazzesca?»

«Quale?»

«Quasi tutto, in quell’affare, serve a far sì che l’affare non venga disturbato. Il computer vero e proprio è grande come un’unghia del pollice. Il resto è tranquillità.»

Sabine rimase un attimo in silenzio. «Ma è quasi filosofico, Uwe.»

«Avevo detto che volevo sapere per che cosa avevo pagato.» Guardò fuori dal finestrino. «Adesso so che non ho pagato per quello. Ho pagato per la cucina componibile.»

Gisela dormiva in fondo all’autobus, con la testa sulla spalla di Tobi e la scatola dei biscotti vuota in grembo. Quando sulla A42 l’autobus passò su un dosso, si svegliò per un attimo.

«Che cos’era?»

«Una buca, nonna.»

«Allora adesso ho la decoerenza», disse Gisela, e si riaddormentò subito.

A casa

La sera l’altoparlante di KevIn era di nuovo sulla credenza del soggiorno. La luce blu pulsava tranquilla. Sabine aveva fatto l’insalata di patate, con la maionese, e Uwe la mangiò senza commenti, cosa che in famiglia valeva come una grande offerta di pace.

«KevIn», disse Tobi. «Ti piacerebbe abitare così? A dieci millikelvin?»

«A dire il vero», disse KevIn, «ci ho pensato. E sono arrivato alla conclusione che non lo sopporterei.»

«Perché fa troppo freddo?»

«Perché c’è troppo silenzio. Un qubit non sopporta i disturbi. Io vivo di disturbi. Se nessuno mi interrompe, non so nemmeno quando ho finito.»

«È vero», disse Sabine. «Allora continui semplicemente a parlare.»

«Visto?»

Nonna Gisela si alzò e andò verso la porta. «Vado a sdraiarmi un pochino.»

«Sono le otto di sera, Mamma.»

«Oggi ho visto dieci millikelvin. È faticoso.» Sulla porta si girò ancora una volta e indicò l’altoparlante. «E adesso tu stai zitto, KevIn. Niente disturbi. Sennò mi decoerisco.»

«Naturalmente», sussurrò KevIn.

Uwe si alzò e abbassò il termostato, per solidarietà con i qubit. La mattina dopo segnava 19 gradi. Come sempre.