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Tutti i linguaggi di programmazione oggi utilizzati per realizzare software, app e programmi vari sono accomunati da una caratteristica. Sono pensati e realizzati per funzionare (ed essere funzionali) all'interno di un'unica architettura informatica, quella teorizzata nell'immediato dopoguerra dal matematico ugro-statunitense Von Neumann (non a caso si parla di "Macchina di Von Neumann" quando si parla in maniera generalizzata di computer e PC vari).
Va da sé che, in caso di un nuovo paradigma e una nuova architettura informatica, sia necessario pensare (e realizzare) una nuova tipologia di linguaggio informatico che consenta a sviluppatori e programmatori vari di realizzare applicativi di ogni genere. È il caso, tanto per fare un esempio, dell'informatica quantistica, nuova disciplina che fa leva sui principi della meccanica e della fisica quantistica per migliorare le performance dei sistemi informatici.
Sinora gli ingegneri avevano programmato i computer quantistici manualmente, aprendo o chiudendo le porte logiche dei processori a seconda delle necessità del caso. Si è dunque reso necessario creare un nuovo linguaggio di programmazione che permetta di sfruttare appieno le potenzialità dei computer quantici e, allo stesso tempo, liberi sviluppatori e ingegneri da incombenze di "basso livello".
Che cos'è Q# e come funziona
Nasce in questa ottica Q#, linguaggio di programmazione per computer quantistici realizzato da Microsoft. La società di Redmond, infatti, è tra quelle che stanno investendo con più convinzione in questo settore, sperando di recuperare un po' del divario che al momento, in questo campo, la separa da altri colossi come Google, Intel e IBM.
Il linguaggio di programmazione non è, comunque, l'unica novità presentata da Microsoft. Q# fa parte di un pacchetto di sviluppo più grande, il Quantum development kit, grazie al quale è possibile accedere a un simulatore di computer quantistico (ospitato sui server di Azure, il servizio di cloud computing di Microsoft) e altre risorse utili per chiunque sia interessato al mondo dell'informatica quantistica e voglia intraprendere la strada della programmazione "quantica". Nel momento in cui si inizia a sviluppare codice sorgente si avrà anche accesso al quantum simulator, la macchina virtuale capace di replicare il funzionamento di un computer quantico sul PC che solitamente utilizziamo per lavorare o giocare. Se si vuole avere accesso a un simulatore più potente, invece, si può sempre optare per la macchina virtuale accessibile via web e ospitata, come già detto, sui server Azure.
Programmare con Q#, comunque, è meno complesso di quello che si possa credere. Per facilitare la vita degli sviluppatori, Microsoft ha tentato di renderlo quanto più possibile simile a Visual Studio, la suite dedicata alla programmazione informatica comprendente diversi tipi di linguaggio, come C, C++, C#, F#, Visual Basic .Net, Html e JavaScript, e che permette la realizzazione di programmi, siti web, applicazioni web e servizi web.
Informatica quantistica topologica
Con Q# Microsoft prova, inoltre, a dare il là a una nuova branca dell'informatica quantistica: la topologia. I computer quantici "reali" funzionano solo per temperature prossime allo 0 Kelvin e hanno una potenza di calcolo ancora piuttosto limitata (qualche decina di qubit, nei casi migliori). A questo si aggiungono le interazioni "involontarie" tra gli stessi qubit e l'ambiente circostante che causano "interferenze" e malfunzionamenti del pc quantico.
Ciò vuol dire che la corretta esecuzione dei programmi potrebbe essere compromessa da fattori esterni che nulla hanno a che vedere con le capacità dello sviluppatore. Per evitare che ciò accada, una parte sostanziale dei qubit sono utilizzati per controllare che nel codice non ci siano errori e che eventuali malfunzionamenti siano causati, per l'appunto, da interferenze varie. È a questo punto che entra in gioco l'informatica quantistica topologica.
Microsoft, infatti, vuole mettere a punto dei computer quantici dotati di qubit in grado di resistere alle interferenze esterne. Ciò permetterebbe di realizzare dei sistemi con un numero superiore di qubit "utili" (eliminando quelli destinati al controllo e verifica del codice sorgente) e quindi in grado di offrire performance più elevate a parità di unità di calcolo impiegate.
Quali possibili applicazioni per Q#
Con il suo linguaggio di programmazione quantico, Microsoft si prepara a fare il suo ingresso a pieno titolo nel mondo dell'informatica quantistica. Diversi i settori nei quali la società di Redmond vorrebbe mettere a frutto l'esperienza acquisita sinora: dalla sicurezza informatica (con un occhio particolare alla crittografia) al supporto allo sviluppo di farmaci nuovi e più efficaci. Non solo: grazie alla potenza dei qubit, Microsoft vorrebbe rafforzare la propria posizione nel settore dell'intelligenza artificiale e aiutare gli scienziati a studiare in maniera più approfondita il fenomeno del riscaldamento globale.
