computazione quantistica

computazione quantistica

Un computer quantistico è una macchina che elabora l’informazione e compie operazioni logiche in base alle leggi della meccanica quantistica. Esso opera cioè secondo una logica quantistica, profondamente diversa da quella classica in base alla quale funzionano gli attuali calcolatori. L’unità di informazione quantistica è il qubit (bit quantistico). Esso è un sistema che può stare in due stati φ₁ e φ₂ o in una loro sovrapposizione φ=aφ₁+bφ₂ con a,b numeri complessi tali che ∣a∣²+∣b∣²=1. Fisicamente un qubit può essere realizzato, per es., attraverso la polarizzazione orizzontale o verticale di un singolo fotone, i due stati di una particella con spin 1/2 ecc. Un computer quantistico è un sistema composto da molti qubit. Il principio di sovrapposizione della meccanica quantistica fornisce al computer quantistico un enorme vantaggio, che consiste nella possibilità di elaborare una quantità notevole di dati contemporaneamente. Esso è cioè dotato di un intrinseco parallelismo. Naturalmente ciò richiede un appropriato software quantistico, vale a dire lo sviluppo di algoritmi basati sulla logica quantistica. Un’altra risorsa fondamentale della meccanica quantistica, assente in meccanica classica, è il cosiddetto entanglement: se due diversi sistemi quantistici entrano anche solo temporaneamente in contatto tra loro, non possono più essere considerati come oggetti separati. Anche se in seguito si allontanano essi devono essere considerati come una sola entità. Queste proprietà rendono possibile, in linea di principio, una potenza di calcolo straordinaria, non confrontabile con quella dei calcolatori classici. Per es., è già stato scoperto un algoritmo quantistico in grado di scomporre un numero in fattori primi con una velocità esponenziale rispetto al calcolatore classico. Un tale calcolatore sarebbe in grado perciò di rompere i codici di sicurezza attuali basati sull’impossibilità di fattorizzare un numero di molte cifre in tempi ragionevoli. D’altro lato, le proprietà sopra accennate rendono possibile implementare protocolli di trasmissione quantistica dell’informazione che sono sicuri rispetto a ogni tentativo di intercettazione. Ciò ha portato alla nascita e allo sviluppo della crittografia quantistica. Le difficoltà tecnologiche da superare per realizzare un computer quantistico sono molte. Una di queste è la decoerenza: l’inevitabile interazione con l’ambiente esterno distrugge in tempi brevissimi la coerenza quantistica, cioè l’informazione contenuta nel calcolatore quantistico. Allo stato attuale sono in esame proposte diverse per costruire un computer quantistico (risonanza magnetica nucleare, trappole ioniche, sistemi ottici, circuiti superconduttori ecc.), ma al momento non è chiaro quale sia la strada con maggiori probabilità di successo.

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