La Stampa - Consultazione Archivio

CALCOLATORI OGGI E DOMANI CALCOLATORI OGGI E DOMANI 1 computer quantistico Sarebbe miliardi di volte più veloce terazioni delle particcelle elementari, offre possibilità sorprendenti. Secondo le premesse teoriche un calcolatore quantistico potrebbe lavorare contemporaneamente su più input in sovrapposizione. «Ciò - spiega Castagnoli - è la conseguenza del fatto che una particella "classica" è qui o là mentre una particella quantistica può essere in più posti nello stesso tempo, e quindi un calcolatore quantistico può essere in più "stati" nello stesso tempo». Di qui, a pari velocità di calcolo, la sua capacità di elaborazione enormemente superiore. Quali sono le difficoltà che vi attendete di dover superare prima di giungere a risultati di rilievo pratico? «Le difficoltà saranno quelle derivanti dal controllo di oggetti microscopici, come singoli atomi, fotoni ed elettroni - affermano concordemente Campagnoli e Ekert -; bisognerà isolare le particelle dall'ambiente esterno per evitare quella che viene chiamata "perdita di coerenza quantistica". Non è solo un problema di laboratorio ma anche teorico». Ekert, comunque, si dice fiducioso di poter superare queste difficoltà entro i prossimi cinque anni. C'è un altro aspetto rivoluzionario, di grande rilievo pratico, come mostrano i quasi quotidiani episodi di pirateria informatica. Un calcolatore classico può essere spiato da estranei senza che l'interessato se ne accorga. «Al contrario - dice lo specialista Ekert - la trasmissione su fibra ottica di segnali quantistici rende immediatamente riconoscibile la presenza di un osservatore non autorizzato». Il motivo? «L'osservazione di un oggetto quantistico perturba lo stato dell'oggetto in modo che la perturbazione è immediatamente riconoscibile», spiega Castagnoli. La Elsag Bailey, in collaborazione con i fisici teorici di Oxford e con i principali laboratori europei di fisica quantistica sta avviando un programma per la realizzazione di un sistema di crittografia quantistica con caratteristiche di interesse commerciale. E l'intelligenza artificiale? Sarà il calcolo quantistico la strada per creare macchine capaci di funzionare come il cervello umano? Su questo punto Sir Penrose è categorico: «Certamente sarà possibile costruire macchine molto più avanzate. Ma il cervello umano è un'altra cosa; si può parlare di intelligenza in senso proprio solo quando vi è attività cosciente e capacità di giudizio. Un traguardo che nessun computer potrà mai raggiungere». CON un calcolatore classico per trovare i fattori primi di un numero di 200 cifre occorrerebbero due miliardi di anni; con un calcolatore quantistico basterebbe una frazione di secondo. Nel primo caso saremmo davanti a un classico problema intrattabile, che diventa trattabile nel secondo. Con questo esempio Giuseppe Castagnoli, ingegnere, scienziato-manager della società Elsag Bailey di Genova, tenta di dare al profano un'idea della rivoluzione prossima ventura generata dal calcolo quantistico. «Nel prossimo biennio aggiunge Artur Ekert dell'Università di Oxford - si potrà realizzare un rudimento di porta logica, primo elemento di laboratorio che potrebbe fare il primo calcolo quantistico della storia». Intorno a questa impresa, che Castagnoli definisce «ancora nello stato dell'infanzia», si lavora in tutto il mondo, soprattutto in ambito universitario; un importante ruolo di raccordo viene svolto dall'Isi, l'Istituto scientifico internazionale di Torino. Quanto alla Elsag Bailey, industria del gruppo Iri-Finmeccanica che opera nel campo dell'automazione più avanzata e che collabora da tempo con questo gruppo di ricercatori, ha preso l'iniziativa di invitare a Genova alcuni dei protagonisti più illustri di queste ricerche per un convegno che, nonostante il tema decisamente arduo, è risultato affollato oltre ogni previsione. Vi hanno partecipato, oltre a Giuseppe Cuneo e a Giorgio Musso in rappresentanza della società organizzatrice, i fisici Tullio Regge e Mario Rasetti, del Politecnico di Torino e rispettivamente presidente e segretario generale dell'Isi, Giuseppe Castagnoli direttore Elsag Bailey, Artur Ekert dell'Università di Oxford specialista di crittografia quantistica, e Sir Roger Penrose, fisico, fondatore con Stephen Hawking della teoria del Big Bang, studioso di intelligenza artificiale, diventato famoso anche fuori dalle aule universitarie per alcuni libri di successo, come The Emperor's New Mind e Shadows of the Mind; una presenza, quest'ultima, molto significativa dato che, come sottolinea Castagnoli, «se l'intelligenza artificiale ha deluso le aspettative probabilmente questo è dovuto al fatto che i suoi problemi sono tipicamente intrattabili con il calcolatore classico». Un calcolatore classico è in grado di elaborare un input alla volta, sia pure con grande rapidità; per accrescere la velocità di calcolo dei computer le dimensioni devono essere sempre più piccole in modo che i singoli componenti possano comunicare tra loro in tempi sempre più brevi. La prossima frontiera prevede di utilizzare come componenti atomi e particelle subatomiche, un livello in cui la meccanica quantista, la teoria fisica che si occupa delle in- STRIZZACERVELLO Quanto vale un mantello? Un signore promette al suo servitore, dopo un anno di servizio, 10 monete d'oro e un mantello. Dopo sette mesi lo congeda regalandogli il mantello e 2 monete d'oro. Qual era il valore del mantello? La soluzione domani, accanto alle previsioni del tempo. Vittorio Ravizza Sul silicio sono scavati dei solchi profondi 0,8 - 0,6 millesimi di millimetro. Sui bordi di questi solchi sono incisi minuscoli transistor (più di tre milioni nelle ultime generazioni di microprocessori). LA PAROLA Al LETTORI Il «cuore» e il «cervello» del computer si nascondono in un minuscolo quadratino di silicio, qualche centimetro di lato e qualche millimetro di spessore: il microprocessore. Inizialmente questo minuscolo apparecchio elettronico, il «chip», poteva accogliere solo un numero molto limitato di componenti ma i rapidi progressi della microelettronica hanno fatto si che i «chip» moderni possano ospitarne milioni ; dagli Anni 60 la complessità dei circuiti integrati è raddoppiata ogni anno. Inoltre sul sottile quadratino di silicio hanno trovato posto le numerose connessioni per l'entrata e l'uscita dei dati che hanno fatto del «chip» un vero e proprio elaboratore, capace di svolgere un programma mediante una successione di operazioni elementari quali lettura di istruzioni del programma, interpretazione dell'istruzione, esecuzione, presentazione dei risultati dell'operazione. Un calcolatore che a metà degli Anni 50 occupava un volume di circa 20 metri cubi, utilizzava qualche decina di migliaia di watt e costava oltre un miliardo di lire oggi occupa un volume pari a un milionesimo di metro cubo, consuma un watt di energia e costa poche migliaia di lire. La diminuzione delle dimensioni, imposta dall'esigenza di ridurre gli ingombri, i pesi e i consumi, è andata di pari passo con l'aumento della velocità di calcolo. Infatti tanto più piccole sono le dimensioni dei circuiti tanto più veloce essi risultano. La miniaturizzazione sembra lontana daIl'aver raggiunto i propri limiti; la prossima frontiera sembra costituita dalla possibilità di utilizzare addirittura singoli atomi. Le metodologie di calcalo • quando il transistor è «aperto», lascia passare la corrente elettrica • quando il transistor è «chiuso», inverte la polarità della corrente (in questo caso, si dice che la corrente non passa più). Il transistor funge da interruttore o da porta, che può essere aperta o chiusa. Il microprocessore è fornito di diversi tipi di «porte» che corrispondono alle diverse operazioni logiche possibili («and», «or», «nand», «nor», ecc.). La combinazione di queste operazioni permette di effettuare i calcoli più complessi. Nel cuore del calcolatore Un calcolatore comprende una tastiera, uno schermo, una unità centrale. Spesso è collegato a una stampante. Il microprocessore interviene ogni volta che si batte sulla tastiera o si muove il «mouse»: traduce, effettuando rapidamente un gran numero di calcoli, i movimenti del mouse in movimenti del cursore sullo schermo. I dati circolano nel calcolatore grazie a circuiti connessi ai piedini del microprocessore. L'unità di calcolo provvede poi a trattarli. Un circuito per gli elettroni è il Il microprocessore è simile a una tartina: il «pane» è in ceramica, il «burro» in silicio. La ceramica protegge il silicio e serve di supporto ai piedini che assicurano l'input (e l'output) dei dati nell'unità di calcolo. Il silicio, semiconduttore, lascia passare gli elettroni. Gli elettroni effettuano un giro del circuito, un po' come automobili in autostrada, e incontrano dei cartelli (i transistor) che indicano loro la direzione da seguire. Nel corso del loro viaggio, incontrano altri elettroni e forniscono in uscita i dati trattati (addizione, sottrazione ecc.) dell'unità di calcolo. me . ecc.) di att a e ni, mi, o. iù na ra mi. La linea di partenza Il clock Per evitare imbottigliamenti e disturbi, un «clock» [orologio] dà regolarmente un segnale di partenza ai gruppi di elettroni, all'interno del microprocessore. Questo segnale ritorna ogni 10 nanosecondi (miliardesimo di secondo) nei microcalcolatori più potenti (con una frequenza di 100 MHz). In 10 nanosecondi, un elettrone percorre 15 centimetri. primi computer funzionavano a 8 o 16 bit, contro i 64 di ogc' Nel linguaggio informatico, questa autostrada è detta «bus» e serve a collegare fra di loro le diverse parti del microprocessore. 5 Schema dell'operazione logica «na Il circ Il circuito dispone di due entrate (A e B) e di una porta logica (transila corrente o inverte la sua polarità. Entrata A: un elettrone Entrata B: un elettrone Entrata A: nessun elettrone Entrata B: un elettrone Uscita un elettrone nessun elettrone un elettrone La porta si cNel sistema La porta resta aperta e lascia passare un elettrone in direzione dell'uscita. Nel linguaggio binario, 0 «nand» 1=1