Grazie ai computer quantistici sarà possibile, nel prossimo futuro, risolvere problemi computazionali molto complessi. Per esempio la scomposizione in numeri primi di un numero intero molto grande, la ricerca in un database non strutturato o la simulazione di una molecola complessa e altri problemi che, anche sui supercomputer classici più potenti, richiedono una quantità esponenziale di tempo e risorse.
L’incredibile efficienza dei computer quantistici è dovuta al massiccio parallelismo di calcolo che si ottiene sfruttando tre proprietà fondamentali della meccanica quantistica: la sovrapposizione degli stati, l’entanglement e l’interferenza.
I futuri computer quantistici potranno aiutarci a risolvere problemi considerati insolubili nel modo classico. Sarà una rivoluzione nel settore della chimica farmaceutica, poiché i ricercatori nel giro di pochi giorni o settimane, potranno simulare contemporaneamente il comportamento di migliaia di molecole, ottenendo in tal modo risultati predittivi, prima di eseguire la sperimentazione clinica.
Come funziona un computer quantistico
Proverò a spiegare facilmente un concetto non proprio semplice.
Il bit (unità di misura dei microprocessori, può assumere solo due stati classicamente chiamati 0 ed 1) mentre il quantum bit (o qubit) si può trovare in una sovrapposizione di entrambi gli stati 0 ed 1; in sostanza può essere contemporaneamente 0 ed 1 fino a quando non si esegue una misurazione. Un aspetto importante del processo di misura è che altera, in modo irreversibile, lo stato del qubit: l’effetto della misurazione è il “collasso” dello stato del qubit in uno dei due valori 0 o 1, ottenuti in modo del tutto casuale.
In meccanica quantistica possiamo sfruttare un’altra proprietà speciale, chiamata entanglement (o correlazione quantistica). Un modo possibile per generare l’entanglement è quello di prendere due qubit, avvicinarli, eseguire un processo che li vincoli in un modo speciale ed allontanarli nuovamente.
Quando due qubits sono entangled, anche se vengono allontanati arbitrariamente, resteranno sempre entangled. Il fenomeno dell’entanglement si manifesta chiaramente osservando il risultato della misurazione dei due qubit: la misurazione dei qubit restituirà sempre il valore 0 o il valore 1, in modo totalmente casuale. Ma, indipendentemente dalla loro distanza (il secondo qubit potrebbe trovarsi anche ai confini dell’universo), quando si misura uno dei due qubit, immediatamente anche l’altro restituirà il medesimo risultato.
Cos’è un computer quantistico
Un computer quantistico (o quantico) è quindi un dispositivo per il trattamento ed elaborazione delle informazioni che, per eseguire le classiche operazioni sui dati, utilizza i fenomeni tipici della meccanica quantistica, come la sovrapposizione degli stati e l’entanglement.
La computazione quantistica cominciò all’inizio degli anni 1980 quando il fisico Paul Benioff propose il primo modello quantistico della macchina di Turing. In seguito Richard Feynman e Jurij Manin espressero l’idea che il computer quantistico avesse il potenziale di simulare cose che un computer classico non riesce a fare. Nel 1994, Peter Shor pubblicò un algoritmo capace di risolvere efficientemente alcuni problemi tipici della crittografia asimmetrica che sono considerati difficili per i computer classici.
Nel 2009 viene costruito il primo processore che sfrutta 2 qubit (Qubit, contrazione di quantum bit, è il termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico ovvero l’unità di informazione quantistica.)
L’11 maggio 2011 la D-Wave Systems annuncia il D-Wave One, elaboratore a 128 qubit, che risulta essere il primo computer quantistico ad essere commercializzato
A metà 2017 IBM mette a disposizione via cloud, tramite IBM Quantum Experience processori quantistici a 16 e 20 qubit.
Il processore quantistico di Google
Nei giorni scorsi è stata annunciata la supremazia quantistica raggiunta da un processore ideato e progettato da Google. Il documento è stato pubblicato per errore da un ricercatore di Big G sul sito della Nasa e poi immediatamente rimosso, ma tale azione non è bastata, in quanto Financial Times ha divulgato il contenuto presso la sua testata.
Google, leader e quartier generale mondiale dei servizi online, secondo quanto riportato da Finacial Times, avrebbe raggiunto la supremazia quantistica con un processore quantistico dotato di 53 qubit. La potenza computazionale di questo computer quantistico è sorprendente, è in grado di risolvere in 3 minuti e 20 secondi un calcolo che il Summit di IBM(l’elaboratore più potente al mondo) avrebbe eseguito in 10.000 anni.
Dotquantum.io è riuscito ad ottenere link al documento ed è disponibile qui