AS_04_2019

Maggio 2019 Automazione e Strumentazione INDAGINE approfondimenti 36 del calcolo informatico: potendo assumere contemporaneamente più valori, il qubit permette di processare e scambiare una quantità maggiore di informazioni rispetto all’algebra booleana e all’elettronica digitale. Supponiamo di realizzare un dispositivo simile al transistor, ma che invece del bit classico sia in grado di generare un qubit che erediti i tre fenomeni unici della fisica quantistica: sovrap- posizione, interferenza ed entanglement. Vediamoli brevemente. Sovrapposizione . Mentre un bit classico può assumere in ogni istante il valore 0 o 1, la sua controparte quantistica, il qubit, può assumere entrambi i valori allo stesso momento. La caratteristica di sovrapposizione quantistica nel qubit porta a un risultato sorprendente: l’ammontare dell’informazione classica equi- valente contenuta in un sistema di N qubit è pari a 2 N bit classici. Interferenza . Se nel celebre esperimento della fisica classica una pallina lanciata contro una parete con due fessure passerà attraverso la fessura di destra o di sinistra, nel mondo della meccanica quantistica una particella può attra- versare entrambe le fessure allo stesso tempo, interferendo con sé stessa e generando frange di interferenza. Entanglement . Se consideriamo due qubit, questi possono essere posti in stretta corre- lazione tra di loro, generando uno stato di entanglement. Ciò significa che i due qubit condivideranno proprietà comuni: se la stessa misura viene effettuata sui due qubit, il risul- tato totale sarà lo stesso, qualunque sia la distanza tra i due. Sono queste tre proprietà a costituire la vera potenzialità dell’informatica quantistica. Esse consentono di analizzare tutte le pos- sibilità di un problema in modo simultaneo invece che in modo lineare. Permettono inol- tre di raggiungere più facilmente le soluzioni desiderate per alcune classi di problemi molto complessi, per i quali il computer tradizionale non è sufficiente. Sfide e criticità Sebbene le interferenze dell’ambiente esterno causino errori e limitazioni nei procedimenti degli attuali calcolatori quantistici, è ragio- nevole ipotizzare che le future generazioni di sistemi quantistici impiegheranno pochi secondi per risolvere problemi che terrebbero occupati mesi o anni un computer tradizionale. Si schiuderanno le porte a nuove scoperte e innovazioni. Sarà forse possibile creare una nuova rete Internet basata sul fenomeno dell’entanglement quantistico , abbattendo così il limite della velocità della luce e svi- luppando comunicazioni istantanee. Ecco per- ché assistiamo a una corsa agli investimenti in tutto il mondo e perché si preannuncia enorme l’impatto che il Quantum Computing potrebbe avere nei prossimi anni sulla ricerca scientifica , sulla medicina , sull’ intelligenza artificiale , sulla sicurezza informatica, sulla blockchain, per non parlare delle conseguenze nelle tecnologie militari e negli equilibri geo- politici. Le sfide che il computer quantistico deve affrontare sono soprattutto di tipo ingegneri- stico: da un lato la manipolazione controllata e la connessione di atomi e particelle, dall’al- tro lo sviluppo di algoritmi idonei a partire da quelli di Deutsch, Shor e Grover , alla base della computazione quantistica. I computer quantistici pongono problemi anche dal punto di vista degli attuali schemi di crittografia . Rappresentazione bit classico - qubit