Pan Jianwei, classe 1970, è il fisico a capo del team che ha sviluppato Jiuzhang. È spesso definito il "padre del quantum" in Cina per il suo ruolo di primo piano nella ricerca sulle tecnologie quantistiche .
Dopo aver conseguito il dottorato all'Università di Vienna sotto la guida del premio Nobel Anton Zeilinger , Pan è tornato in Cina nel 2001 per fondare il laboratorio di fisica quantistica e informazione quantistica presso l'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) . Sotto la sua guida, il paese è diventato un leader globale in questo campo, realizzando traguardi come il lancio del primo satellite per comunicazioni quantistiche, "Micius", e la serie di computer quantistici fotonici "Jiuzhang" . Oggi, oltre a essere professore e vicepresidente dell'USTC, è membro dell'Accademia Cinese delle Scienze e detiene numerosi riconoscimenti internazionali .
Partiamo alla pari nella corsa verso i computer quantistici
La Cina che è indietro nei computer classici rispetto gli USA, punta tutto sui computer quantistici. Qui si è alla pari. Stanno sviluppando una delle idee più interessanti della fotonica quantistica moderna, sviluppata da gruppi cinesi guidati da ricercatori come Jian-Wei Pan presso la University of Science and Technology of China.L'idea di base è questa: nei computer quantistici tradizionali si usano molti qubit fisici distinti. Nei sistemi fotonici, invece, i ricercatori stanno cercando di "impacchettare" più qubit nello stesso fascio di luce sfruttando diverse dimensioni.
Lo spazio
Un fotone può viaggiare lungo percorsi differenti. Immagina una rete di fibre ottiche e specchi. Se un fotone può trovarsi contemporaneamente in più percorsi, ogni percorso può rappresentare un qubit. È come avere molte corsie autostradali parallele.
Il tempo
Qui arriva la parte più sorprendente.
Invece di avere tanti fotoni contemporaneamente, si invia una lunga sequenza di impulsi luminosi.
-Fotone n.1 alle 12:00:00
-Fotone n.2 un miliardesimo di secondo dopo
-Fotone n.3 un altro miliardesimo dopo
Ogni "slot temporale" diventa un qubit.
È come se il tempo stesso diventasse una memoria quantistica.
Spazio + tempo
I cinesi stanno lavorando su architetture in cui un fotone è identificato sia da:
dove si trova (spazio)
quando arriva (tempo)
Questo crea una griglia enorme.
Per esempio:
Percorso Istante
A t₁
A t₂
B t₁
B t₂
e così via.
Con poche componenti ottiche si possono creare migliaia o addirittura milioni di stati quantistici correlati.
Perché è importante?
Nei computer quantistici a superconduttori, come quelli di IBM o Google ogni qubit richiede hardware dedicato e temperature vicine allo zero assoluto.
I fotoni invece:
-funzionano a temperatura ambiente;
-interagiscono poco con l'ambiente;
-mantengono più facilmente la coerenza quantistica;
-possono essere trasmessi direttamente nelle fibre ottiche.
Il computer Jiuzhang
La Cina ha già costruito varie versioni della famiglia di computer quantistici fotonici chiamata Jiuzhang.Queste macchine non sono computer quantistici universali come quelli a qubit superconduttori, ma sono state progettate per eseguire compiti specifici estremamente difficili per i supercomputer classici.
La loro forza deriva proprio dalla manipolazione di enormi reti di fotoni correlati nello spazio e nel tempo.
Un modo intuitivo per visualizzarlo
Immagina una scacchiera.-Le colonne rappresentano lo spazio (percorsi ottici).
-Le righe rappresentano il tempo (impulsi successivi).
Ogni casella della scacchiera può contenere informazione quantistica.
Invece di costruire una macchina con milioni di componenti fisici, si sfrutta la stessa infrastruttura ottica per creare un'enorme rete quantistica "spaziotemporale".
Molti fisici ritengono che questa sia una delle strade più promettenti per scalare i computer quantistici oltre i limiti attuali. La sfida principale resta controllare gli errori e realizzare porte logiche universali affidabili tra questi qubit fotonici. Se ci riusciranno, la fotonica potrebbe diventare una concorrente molto seria delle tecnologie basate su superconduttori e ioni intrappolati.
Jiuzhang 4.0
Jiuzhang 4.0 utilizza:* 1.024 stati quantistici compressi ("squeezed states");
* 8.176 modi ottici;
* fino a 3.050 fotoni rilevati simultaneamente.
Per confronto:
Versione Fotoni rilevati Anno
Jiuzhang (1.0) 76 2020
Jiuzhang 2.0 113 2021
Jiuzhang 3.0 255 2023
Jiuzhang 4.0 3.050 2025
Cosa ha calcolato?
Qui bisogna fare attenzione.
Jiuzhang 4.0 **non è ancora un computer quantistico universale** come quello che immaginiamo per eseguire qualsiasi algoritmo.È una macchina specializzata che esegue un problema chiamato **Gaussian Boson Sampling**. In pratica deve generare distribuzioni statistiche estremamente complesse derivate dall'interferenza di migliaia di fotoni.
Questo compito è stato scelto perché è molto difficile da simulare con un computer classico.
Perché tutti parlano di "supremazia quantistica"?
Secondo i ricercatori, Jiuzhang 4.0 produce un campione in circa 25 microsecondi. Simulare lo stesso risultato con i migliori algoritmi classici richiederebbe tempi astronomici, superiori a 10^42 anni sui supercomputer più potenti attuali. Naturalmente questi confronti sono oggetto di dibattito tra gli esperti: spesso nuovi algoritmi classici riducono drasticamente il vantaggio apparente dei computer quantistici. Tuttavia il risultato resta notevole perché sposta molto avanti il confine delle simulazioni classiche.La cosa che probabilmente interessa di più
Jiuzhang 4.0 mostra una possibile strada verso computer quantistici fotonici molto grandi.I fotoni hanno alcuni vantaggi enormi:
* funzionano a temperatura ambiente;
* sono poco sensibili al rumore;
* sono naturalmente adatti alle reti quantistiche e all'internet quantistico;
* possono sfruttare la dimensione temporale per aumentare enormemente la scala del sistema.
La vera sfida resta trasformare questi dimostratori di "supremazia quantistica" in macchine programmabili e universali capaci di eseguire algoritmi utili per chimica, ottimizzazione e intelligenza artificiale.
Dal punto di vista storico, però, Jiuzhang 4.0 è probabilmente uno dei passi più importanti compiuti finora nel filone dei computer quantistici fotonici.
L'Europa parteciperà alla gara?
La domanda non è affatto retorica. Mentre Cina e Stati Uniti investono miliardi nello sviluppo dei computer quantistici, anche l'Europa sta cercando di costruire una propria sovranità tecnologica in questo settore. Negli ultimi anni l'Unione Europea ha avviato numerosi programmi dedicati al calcolo quantistico e alle tecnologie fotoniche, finanziando infrastrutture, linee pilota per chip fotonici e nuovi computer quantistici distribuiti sul territorio europeo. Solo nel 2026 sono entrati in funzione nuovi sistemi quantistici del programma EuroHPC, mentre sono stati avviati importanti investimenti per trasformare la fotonica quantistica da tecnologia di laboratorio a piattaforma industriale. L'Europa parte da una posizione diversa rispetto ai suoi concorrenti: dispone di eccellenti università, centri di ricerca e aziende specializzate nella fotonica integrata, una tecnologia che molti ritengono fondamentale per costruire computer quantistici scalabili. La vera sfida sarà trasformare questa eccellenza scientifica in leadership industriale. La storia recente ci insegna che inventare una tecnologia non basta: bisogna anche saperla produrre su larga scala e portarla sul mercato prima degli altri. La corsa è appena iniziata. La Cina ha mostrato di voler accelerare con decisione. Gli Stati Uniti possono contare su colossi tecnologici e capitali enormi. L'Europa, invece, dovrà dimostrare di saper fare sistema. Nei prossimi dieci anni scopriremo se sarà soltanto una spettatrice o una delle protagoniste della nuova rivoluzione quantistica.