In un campo come la computazione quantistica, dove ogni passo avanti richiede una combinazione di genialità matematica e padronanza delle leggi della fisica, non capita spesso che un team di ricercatori riscriva qualcosa di fondamentale su un algoritmo che è stato considerato corretto per oltre un decennio. Eppure questo è esattamente ciò che è accaduto di recente in India, dove un gruppo di professori ha affrontato un problema vecchio di sedici anni legato a un algoritmo quantistico fondamentale, apportando una soluzione che — almeno all’apparenza — sembrava sbagliata, ma che in realtà migliora drasticamente le prestazioni complessive del metodo.
L’algoritmo al centro di questa innovazione è l’algoritmo di Harrow–Hassidim–Lloyd, meglio noto come HHL, ideato nel 2009 per risolvere sistemi di equazioni lineari sfruttando la potenza dei computer quantistici. Questo algoritmo è stato a lungo considerato uno dei pilastri della computazione quantistica applicata a problemi di fisica, ottimizzazione e simulazioni chimiche, perché permette in teoria di ottenere soluzioni con un’efficienza che sarebbe impossibile per i computer convenzionali. Tuttavia, nella pratica esistono numerosi colli di bottiglia che ne limitano le prestazioni, soprattutto quando si prova a renderlo affidabile e veloce su hardware reale.
Il gruppo di ricerca coinvolto è parte del TCG CREST (The Chatterjee Group Centres for Research and Education in Science and Technology) e ha lavorato sotto la guida del Professor Srinivasa Prasannaa. La loro intuizione — semplice nell’apparenza ma profonda nella sostanza — è stata quella di ripensare il modo in cui l’algoritmo affronta uno dei suoi passaggi cruciali. Invece di puntare a garantire la risposta “corretta” in senso tradizionale, come ci si aspetterebbe da un algoritmo classico, i ricercatori hanno sperimentato una versione che mantiene una risposta che non corrisponde esattamente a quella prevista da HHL nella sua forma canonica, ma che permette un significativo miglioramento nella velocità di esecuzione.
Potrebbe sembrare una contraddizione: migliorare un algoritmo ottenendo una risposta che non è quella giusta. Tuttavia, nel mondo quantistico il concetto di “risposta corretta” è spesso più sfumato di quanto si immagini. Gli algoritmi quantistici non operano con bit, ma con qubit, che possono esistere in sovrapposizione e generare risultati probabilistici. Le risposte non sono sempre definitive come nei computer tradizionali, ma vengono interpretate attraverso la probabilità e il contesto dell’applicazione. In questo caso, ciò che conta non è tanto ottenere l’esatto valore calcolato in modo deterministico, quanto ottenere un risultato utile in un tempo significativamente minore, che può essere successivamente raffinato o utilizzato come base per ulteriori calcoli.
La nuova versione dell’algoritmo, ribattezzata ψHHL (PsiHHL) nel lavoro dei ricercatori, affronta uno dei principali limiti di HHL: il tempo di esecuzione legato alla preparazione dello stato quantistico iniziale e alla sua evoluzione. Eliminando alcuni passaggi che tradizionalmente garantivano una risposta “corretta” secondo i criteri della formulazione originale, il team è riuscito a ridurre in modo significativo la complessità computazionale, senza richiedere hardware quantistico aggiuntivo né circuiti più complessi — due ostacoli che spesso frenano l’adozione pratica di nuovi metodi.
Questo tipo di innovazione è particolarmente importante perché l’HHL è alla base di molte applicazioni quantistiche potenziali, dalla modellazione di sistemi chimici alla risoluzione di problemi di ottimizzazione di grande scala, ambiti nei quali l’efficienza è critica. La capacità di ottenere risultati utili in tempi più rapidi apre prospettive concrete per applicazioni quantistiche che, fino a poco tempo fa, erano considerate troppo costose o troppo lente per essere considerate competitive con le tecnologie classiche.
La storia di questa “correzione” ci ricorda anche la natura non convenzionale della ricerca in computazione quantistica. Mentre nella programmazione tradizionale un algoritmo con errori è semplicemente un algoritmo da correggere, nel dominio quantistico le regole sono più flessibili e legate alla fisica sottostante: a volte un percorso che sembra scartare una risposta “esatta” può in realtà condurre a un risultato più utile e più veloce per un’applicazione specifica. L’intuizione dei ricercatori indiani riflette proprio questa capacità di pensare oltre i vincoli convenzionali e di sfruttare le potenzialità intrinseche dei qubit in modi non ovvi.