Non molto tempo fa, i limiti dei computer classici hanno spinto gli scienziati a sviluppare un nuovo tipo di calcolo: il calcolo quantistico. I computer quantistici utilizzano qubit invece dei bit classici e possono eseguire determinati calcoli molto più velocemente dei computer classici. Questo vantaggio può potenzialmente trasformare numerosi ambiti e migliorare la nostra vita. In questo articolo forniremo una panoramica dell'informatica quantistica, compresi i settori e i campi che potrebbero essere rivoluzionati dall'informatica quantistica. Discuteremo anche delle sfide e dei rischi associati a questa tecnologia, nonché di cosa le riserva il futuro.

Interno di un sistema informatico IBM Quantum. (Credito: IBM )
Cos'è l'informatica quantistica?
L'informatica ha fatto molta strada da quando è stata sviluppata la teoria quantistica negli anni '20 e il primo computer programmabile, l'Electronic Numerical Integrator and Computer ( ENIAC ), è stato costruito nel 1945. La macchina è stata la prima "automatica, per uso generale, elettronica, computer decimale, digitale", secondo il libro di Edwin D. Reilly "Milestones in Computer Science and Information Technology". Cos’è esattamente l’informatica quantistica? In breve, si tratta di una tecnologia in rapida espansione che sfrutta le leggi della meccanica quantistica per risolvere problemi complessi in modo più efficiente e potente rispetto ai computer classici. Per alcuni problemi, i supercomputer non sono poi così super. Fondamentalmente, l’informatica quantistica si basa sull’uso di bit quantistici (qubit) per elaborare e manipolare le informazioni. A differenza dei bit classici, che possono esistere solo in uno dei due stati (0 o 1), i qubit possono esistere in più stati contemporaneamente a causa del fenomeno della sovrapposizione. Ciò consente ai computer quantistici di eseguire molti calcoli contemporaneamente. Un altro principio chiave dell’informatica quantistica è l’entanglement , che consente ai qubit di essere correlati in modo tale che lo stato di un qubit possa influenzare istantaneamente lo stato di un altro, anche se sono fisicamente separati. Ciò consente ai computer quantistici di eseguire determinate attività molto più velocemente dei supercomputer: fattorizzare grandi numeri, effettuare ricerche in grandi database, ecc.Come funzionano i computer quantistici?
Come appena accennato, i computer quantistici utilizzano qubit anziché bit per eseguire algoritmi quantistici multidimensionali. I qubit vengono creati utilizzando superconduttori, che mostrano effetti quantomeccanici come le coppie di Cooper che possono trasportare una carica attraverso isolanti tramite tunneling quantistico. Il comportamento dei qubit può essere controllato e manipolato sparando loro fotoni a microonde. I qubit possono essere posizionati in uno stato di sovrapposizione, rappresentando una combinazione di tutte le possibili configurazioni del qubit. Gruppi di qubit in sovrapposizione possono creare spazi computazionali complessi che possono rappresentare problemi complessi in modi nuovi. I computer quantistici sono più piccoli e richiedono meno energia dei supercomputer, ma devono essere molto freddi, cosa che si ottiene utilizzando superfluidi superraffreddati.
Stato attuale dell'informatica quantistica
L’informatica quantistica è un campo in rapida evoluzione che rivoluzionerà il modo di risolvere problemi complessi. Diverse aziende, tra cui IBM, Google e Rigetti, hanno già costruito computer quantistici e li utilizzano. Questi computer hanno dimensioni che vanno da pochi qubit a oltre 100 qubit e ciascuno ha la propria architettura e un insieme di funzionalità uniche.- Nel 2017, Rigetti ha annunciato la disponibilità della beta pubblica di Forest 1.0, il primo ambiente di programmazione full-stack al mondo per l'informatica quantistica.
- Sycamore di Google è un processore quantistico che ha 53 qubit. È stato sviluppato nel 2019 e sosteneva di completare un’attività in 200 secondi che richiederebbe a un supercomputer di fascia alta 10.000 anni per essere completata.
- Anche il computer quantistico IBM Quantum System One è stato introdotto da IBM nel 2019. Contiene un processore quantistico transmon da 20 qubit alloggiato in un sistema informatico di 2,7x2,7x2,7 metri. È interessante notare che IBM ha annunciato il nuovo processore "Osprey" da 433 qubit durante l'IBM Quantum Summit 2022.
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