Il chip filosofale

Berkeley. Ho visto il futuro, sta in una fabbrichetta. Considerata dal Mit una delle 50 aziende più influenti del 2017 (al ventottesimo posto, prima di Tesla), Rigetti (pronuncia righetti, possibilmente con la e aperta, rigaaaadi) è una startup super tecnologica che secondo Wired “sta sfidando Ibm e Google” su uno dei business più promettenti del futuro, quello dei computer quantistici. Premessa: oggi un nostro smartphone ha la potenza di calcolo di un computer militare di cinquant’anni fa. Ma non basta più, in futuro avremo bisogno infatti di processori sempre più potenti. Ed ecco che entrano in gioco i computer quantistici, teorizzati negli anni Novanta e ora in fase di costruzione, saranno miliardi di volte più potenti degli odierni portatili. In questo settore si sfidano appunto i due colossi, Ibm e Google: il primo ha il suo mega centro a Yorktown Heights (New York), Google ha letteralmente “comprato” la squadra del fisico John Martinis all’Università di Santa Barbara.

Invece qui su, nella cittadina universitaria dove negli anni Sessanta è nata la protesta studentesca, oggi Chad Rigetti, trentottenne fisico dottorato a Yale, lontane origini italiane, già in forze alla squadra quantistica di Ibm, ha deciso di fondare la sua compagnia che nel giro di due anni è passata da 5 a 82 dipendenti. Ha ottenuto un finanziamento da 64 milioni di dollari in gran parte da Andreessen, il più prestigioso capitalista di ventura nella Silicon Valley (a completare il quadro da autobiografia della nazione, Rigetti è sposato con Susan Fowler, l’ingegnera che ha denunciato il malaffare antifemminista a Uber e portato alle dimissioni Travis Kalanick).

Si chiama Rigetti, è una startup che secondo Wired "sta sfidando Ibm e Google" su uno dei business più promettenti del futuro

Dunque si entra, in questo capannone nella Heinz Avenue di Berkeley (dalla celebre famiglia del ketchup che qui aveva uno stabilimento); fai il check in con la solita app (quando entri negli uffici a San Francisco ti registri su un iPad, firmi, ti viene fuori un’etichetta col tuo nome che ti appiccichi in petto); qui però, per la prima volta, viene anche fuori un documento di riservatezza di tre pagine, che firmi bovinamente. Sulla porta non c’è scritto il nome dell’azienda. Accanto all’entrata ci sono varie sale ognuna intitolata a un eminente fisico, c’è la Feyman, Dirac, Hilbert, e poi dei piccoli “pod” cioè delle cabinette insonorizzate per fare delle chiamate super segrete, audio o video. Però anche tante piante grasse e rampicanti e la solita atmosfera di brufoloso entusiasmo qui nella Valle.

A guidarci è Riccardo Manenti, ventisette anni, da Milano, cervello in fuga senza rimpianti, anzi cervello globale, che sulla via di conferenze e dottorati (ne sta finendo uno a Oxford, dopo la laurea in Fisica in Statale a Milano e tesi al Cern di Ginevra) ha deciso di fare ricerca applicata qui con un ingaggio da calciatore. È ora di pranzo e, in un salone bianco con lucernari, il tipico décor startupparo: scansie con distributori di “granola” o cereali per la prima colazione, latte di mandorla, di soia, certamente non di mucca. Lo chef Massimiliano Boldrini attraversa la strada di questa zona industriale di Berkeley che ha un tocco tutto californiano; un carrello del supermercato abbandonato in mezzo alla strada come all’Esquilino, però qui col cartello affettuoso “mi sono perso, riportatemi a casa!”. Tanti roseti e aiuole perfette, cartacce neanche a morire. Lo chef attraversa la strada dal suo ristorante e viene a preparare il pranzo ai cervelloni quantistici. Sulle tavolate della mensa, giornali: Harvard Business Review, Science, Nature. “Qui hanno tutti almeno un dottorato a Yale” dice Riccardo mentre mangiamo la scaloppina preparata dallo chef aziendale, “vedi questo con la barba di fronte a noi, lui è uno dei più eminenti teorici quantistici”. “Questo insegnava a Princeton”. Alle pareti, inquietanti display con luci blu e secondi che scorrono alla rovescia: “sono le deadline, le scadenze dei vari team”. Armadi bianchi dove si deposita la biancheria sporca che l’inserviente di turno passa a ritirare, lava, stira e la riporta. Virtualmente, si potrebbe non uscire mai dalla fabbrica. “Ma non lavoriamo sempre, anzi, io qui ho ritmi simili ad Oxford, faccio dalle nove alle sei, abbiamo venti giorni di vacanze l’anno”.

Ma alla fine cos’è questo computer quantistico? “Dagli anni Settanta in poi, i computer diventano sempre più potenti perché si riusciva a mettere su un centimetro quadro di silicio il doppio dei transistor dell’anno precedente (a parità di costo). In poche parole i transistor diventavano sempre più piccoli e per questo la potenza aumentava. Oggi un transistor è grande circa 30 nanometri e non li si può costruire più piccolo di così, non funziona più!” dice Manenti. Nel frattempo la mole di dati da processare continua ad aumentare. “Dunque o ci arrendiamo all’esistente o ci apriamo a un’architettura completamente nuova, abbandonando completamente il transistor”.

Abbandoniamolo. Manenti prende dei foglietti e davanti al mio sguardo terrorizzato (i danni del liceo classico) fa degli schemini con delle equazioni. “I computer normali funzionano col sistema binario. Ciascun transistor può essere considerato come una scatola: può essere o piena o vuota, quindi con valore zero o uno. Il computer quantistico consiste invece di tante piccole scatolette (chiamate qubit) ciascuna delle quali può essere piena, vuota, o sia piena che vuota contemporaneamente. Questo strano stato si chiama sovrapposizione quantistica. E’ quasi come se un oggetto possa essere in due posti contemporaneamente”. Le leggi della fisica normale non valgono più: e questa magica bilocazione produce un miglioramento mostruoso delle prestazioni. “Ad esempio, per scomporre in fattori primi un numero di 400 cifre, un computer normale ci mette un milione di anni. Un computer quantistico ci metterebbe poche ore.”

Gli elettroni devono saltare, ma in modo non incontrollato. Devono soprattutto stare al fresco. Ed ecco frigoriferi da un milione di dollari

“Le possibilità di utilizzo di questa enorme potenza di calcolo non sono però quelle che ci aspetteremmo. Non verranno utilizzati solo, come molti pensano, per decifrare masse di dati. Certo, ci saranno ricadute sul machine learning, come gestire il traffico nelle grandi città, o creare modelli di previsioni del tempo, un’azione che richiede enormi calcoli. Ma le ripercussioni più interessanti riguardano lo studio delle molecole.” E qui la fisica lascia spazio all’alchimia partendo dalle previsioni di comportamento della materia.

“Ad esempio, un computer normale può essere usato per calcolare (con pesanti approssimazioni) le traiettorie degli elettroni nelle molecole. Il risultato è spesso inaccurato. Un computer quantistico fornisce invece la risposta esatta, perché è in grado di simulare fedelmente il comportamento della molecola”. Ma tutta questa precisione a cosa serve? “Potremo per esempio scoprire nuovi catalizzatori e produrre fertilizzanti a basso costo. Oggi i fertilizzanti si fabbricano a partire dall’ammoniaca con processi molto costosi a circa 500 gradi. Per produrli si consuma qualcosa come il 5 per cento dei gas naturali al mondo. Se riuscissimo a produrli a temperatura ambiente come fanno i batteri sarebbe un risparmio enorme”. “E ancora, si potrebbero ideare batterie al litio più performanti, con tutte le conseguenze per le auto. E ancora, idrocarburi, ma anche farmaci, nuovi materiali, come superconduttori ad alta temperatura che non esistono al momento”.

Creare questi computer filosofali però non è facile. “Dagli anni Duemila si è provato a costruirli in vario modo, utilizzando dei liquidi per esempio. Poi si è arrivati ai qubit su silicio”, dice Manenti. “I qubit che costruiamo noi sono composti di due quadratini di metallo collegati da un piccolo canale di alluminio, chiamato giunzione Josephson: è il chip del futuro. Qui l’elettrone invece che stare semplicemente su uno dei due quadrati di metallo, può saltare da una parte all’altra attraverso la giunzione grazie a sollecitazioni elettriche a cinque gigahertz”.

Questo parco giochi per elettroni saltellanti viene costruito direttamente in questa aziendina, a partire dal cosiddetto wafer, cioè la stampata su cui poi si “cucinano” i chip. E si capisce perché lo chiamano così, sembra davvero un wafer, non i nostri europei a strati ma quelli che gli americani si cucinano la mattina nelle piastre: tondo, con dentro 120 waferini. Non tutti riescono col buco però. “Si prende un foglio di silicio, si spalma sopra un gel, lo si espone a un fascio elettronico, lo si immerge in uno sviluppatore, ci si evapora sopra dell’alluminio e poi con un solvente si rimuove il gel”. Il chip viene sformato (alcuni però vengono scartati perché non funzionano).

“La fabbricazione di questi wafer avviene nel nostro secondo stabilimento a Fremont in Silicon Valley, attaccato a quello della Tesla”, dice Manenti. “Si costruiscono all’interno di una clean room, dove ti devi vestire come i Ris di Parma per non introdurre polvere nella camera e contaminare i microchip.” A prima vista infatti i costruttori-panettieri di questi wafer hanno uno scafandro candido, ma non devono proteggere se stessi, bensì il prezioso waferino che non deve assolutamente entrare in contatto con la polvere, “considerato che un granello di polvere sarebbe ben più grande di una giunzione Josephson. Questo piccolo canale che collega le due isole di metallo misura 200 nanometri, cinquecento volte più sottile di un capello umano”.

Qui a Berkeley invece si tengono soprattutto a bada gli elettroni, che devono sì saltare, ma in modo non incontrollato. Devono soprattutto stare al fresco. Ecco dunque che dalla sala mensa coi suoi frigoriferi per latte di soia e mozzarella passiamo ad un grande stanzone con frigoriferi funzionanti ad elio liquido che devono abbattere la temperatura a meno duecentosettanta gradi celsius. “Costano un milione di dollari l’uno” dice Manenti, e hanno un insolito aspetto, sotto delle calotte bianche che pendono dal soffitto tubolari tipo matrioske o periscopio hanno una struttura placcata oro, con fili e tubicini che si collegano al super chip. Sembrano gli strumentini del film “Inseparabili” di David Cronenberg. “I frigoriferi impiegano 24 ore per scendere a meno 270” dice Manenti. “Gli elettroni a quelle temperature possono saltare in maniera controllata attraverso la giunzione, senza il disturbo della radiazione termica proveniente dall’esterno”.

Riccardo Manenti, 27 anni, cervello in fuga senza rimpianti ha deciso di fare ricerca applicata qui con un ingaggio da calciatore

I frigoriferoni inestimabili spiegano anche perché questi computer “quantum” non saranno mai “personal”, almeno per molti anni. I chip sono infatti sì minuscoli, ma pur sempre inseparabili dai loro frigoriferi milionari. Il futuro che si immagina qui a Berkeley è fatto così da aziende tech che non venderanno supercomputer, ma che offriranno invece servizi via Internet, dando la possibilità agli utenti di collegarsi a questi gelidi semiconduttori. Il business model è quello del quantum in affitto, e Rigetti ha da poco lanciato la sua piattaforma cloud, un software caricabile dal sito della compagnia “con il quale è possibile programmare il computer quantistico direttamente seduti sulla poltrona di casa”.

Intanto fuori la lotta tra titani per il super computer va avanti a chi ha più qubit, come il metraggio degli yacht. “Google ha annunciato che ne avrà 50 entro la fine dell’anno, Ibm ha appena lanciato in rete il suo processore con 16 qubit”. Un computer quantistico grande 1 centimetro e con soli 50 qubit sarà in grado di risolvere un problema matematico che nemmeno il più potente computer al mondo sarebbe in grado di risolvere” dice Manenti. Qui dentro invece quello che colpisce è soprattutto però il connubio tra globale e locale, un po’ fabbrichetta della Valtrompia un po’ Nasa: ecco infatti sparse chiavi inglesi, brugole, saldatori, eppure non si costruiscono pentole ma il futuro tecnologico, con i massimi ricercatori mondiali invece dei saldatori e tornitori. Quante donne ci sono? Rigetti, il boss, è appunto il marito di Susan Fowler, la grande accusatrice di Silicon Valley, che a febbraio si è licenziata da Uber denunciando le sue politiche sessiste, e alla fine ha portato alle dimissioni del ceo. “Sono 19 le nostre dipendenti donne, si riuniscono tutte le settimane”. “Lei viene spesso, l’ho vista anche la settimana scorsa”.

Dentro il capannone si capisce anche l’imbattibile modello privato americano: qui dentro si fa più ricerca che in una decina di università italiane, con più fondi probabilmente della Sapienza e della Bocconi insieme. “La ricerca pura in università mi appassionava, ma qui i ritmi sono cento volte più veloci. Il punto non è più capire come costruire un computer quantistico, ma concepire un nuovo design del microchip, costruirlo e venderlo” dice Manenti.

Ma come si arriva nella fabbrichetta del futuro? “E’ un settore ristrettissimo, gli ingegneri quantistici sono un migliaio in tutto il mondo, ci conosciamo tutti”. “Io sono arrivato due mesi fa, son venuto qua con mio papà, a cercare casa” dice Manenti. “I miei genitori non hanno fatto l’università, mio papà lavora nel settore farmaceutico e mia mamma fa la ragioniera, mia sorella ha studiato pure lei fisica e sta a Londra, è in procinto di partire per Abu Dhabi”. Da dove arriva tutta questa passione per la fisica? “Dal mio professore delle superiori, mi diede da leggere un libro che mi ha cambiato la vita. Si intitola ‘Un’occhiata alle carte di Dio’, di un fisico italiano, Giancarlo Ghirardi”. Le lezioni di fisica di Rovelli le hai lette? “No”. “Adesso però sto scrivendo io un libro per la Oxford University Press, sui computer quantistici”. La fabbrichetta della felicità ha anche il barbiere aziendale. “Ogni giovedì viene a tagliarci i capelli”. E se uno si rifiuta? “In quel caso hai un bonus per un massaggio”.