SPS_2026

SPECIALE SPS ITALIA 2026 33 tutorial relativo ‘collasso in uno stato puro do- vuto alla misura’, la cui rappresenta- zione iconica è il celeberrimo gatto di Schrödinger: chiuso in una scatola con un meccanismo che secondo una cer- ta distribuzione di probabilità può uc- ciderlo o meno, il gatto è ‘contempo- raneamente vivo e morto’ secondo la stessa distribuzione di probabilità, e solo l’apertura della scatola lo ‘costrin- ge’ ad assumere pienamente uno dei due stati. In termini computazionali, la sovrap- posizione degli stati può essere sfrut- tata attraverso la creazione di qubit, ovvero bit quantistici. Un bit classico è un oggetto che può assumere in al- ternativa i due valori 0 o 1, per essere poi manipolato mediante operazioni logiche e matematiche fino all’otteni- mento del risultato desiderato. D’al- tro canto, un qubit è un oggetto che si trova normalmente in uno stato so- vrapposto nel quale vale contempo- raneamente 0 ed 1, secondo una cer- ta distribuzione di probabilità; su tale stato è possibile operare con determi- nate trasformazioni che ne muteran- no la distribuzione di probabilità, ad esempio rendendo il valore dello sta- to 1 più probabile a scapito dello sta- to 0; infine, una volta applicate tutte le trasformazioni desiderate, è possibi- le misurare lo stato del qubit, costrin- gendolo ad assumere solo uno dei due valori, con il risultatoeffettivodellami- sura dipendente dalla distribuzione di probabilità stessa (ovvero, se la distri- buzione era 75% per il valore 0 e 25% per il valore 1, sarà tre volte più proba- bile che la misura abbia per risultato il valore 0). A un primo sguardo, si potrebbe avere l’impressione che tale ‘calcolo’ quan- tistico sia tutt’altro che conveniente, in quanto lo stato intermedio appa- re sempre indefinito, il risultato fina- le appare addirittura casuale, e non è evidente quale sia il vantaggio a fron- te di tali difficoltà. In realtà, il fat- to che lo stato sia distribuito implica che, magari con una piccola probabi- lità, qualunque possibile valore ven- ga considerato, e se le trasformazio- ni applicate spostano la distribuzione di probabilità sulla risposta giusta, la successiva misura restituirà esatta- mente tale valore, avendo esplorato tutti i possibili candidati. Per concre- tezza, si pensi al problema di cercare l’uscita da un labirinto, dove ogni pixel nella mappa del labirinto può essere associato a un bit di valore 1 (se fa par- te del percorso verso l’uscita) o 0 (se è un ostacolo o non ne fa parte). Con un calcolo di tipo classico e determi- nistico, il percorso corretto può esse- re trovato usando un criterio di esplo- razione che a ogni bivio seleziona una possibile strada e la segue fino all’u- scita, oppure fino a trovarsi in un vico- lo cieco, nel qual caso tornerà indietro fino all’ultimo bivio non completa- mente esplorato per ripetere la pro- cedura con un nuovo percorso. Con un calcolo di tipo quantistico, ogni qubit sarà in una sovrapposizione di stati, e quindi il percorso fino all’uscita è pre- sente sin dall’inizio con una probabili- tà non nulla; le trasformazioni applica- te alla mappa di qubit aumenteranno la probabilità di tale percorso a scapi- to degli altri, e la misura farà collassa- re lo stato sulla soluzione corretta. Se si pensa a problemi complessi come la ricerca del minimo di una funzione su un insieme o la scoperta della struttu- ra tridimensionale di una molecola, si capisce come la capacità dei qubit di rappresentare contemporaneamente tutte le possibili alternative possa es- sere alla base della cosiddetta ‘supre- mazia quantistica’, ovvero della capa- cità del calcolo quantistico di risolvere certi problemi in tempi incredibilmen- te più brevi rispetto a supercomputer basati sui bit classici. Quali difficoltà? Oltre ai vantaggi intuibili dalla descri- zione precedente (benchémolto sem- plificata), il calcolo quantistico pre- senta delle difficoltà: vale la pena di menzionarne due. La prima riguarda il paradigma di ‘pro- grammazione’, che ne risulta rivoluzio- nato, come è evidente dall’esempio precedente, per il quale la soluzione procedurale classica va sostituita dal- la definizione di opportuni operatori di trasformazione delle distribuzioni di probabilità, che promuovono mo- difiche nella direzione della soluzione corretta del problema. Lasecondariguardal’hardwarechere- alizza i qubit e ne consente lamanipo- lazione: per poter emergere, i fenome- ni quantistici come la sovrapposizione degli stati hannobisognodi condizioni particolari (ad esempio, l’uso di super- conduttori, che a loro volta richiedono temperature vicine allo zero assolu- to) e l’assenza di interferenze dall’am- biente circostante: condizioni che hanno finora rallentato la realizzazio- ne dei computer quantistici. Le prospettive aperte dall’applicazio- ne di una teoria esotica come la fisi- ca quantistica sono entusiasmanti, e sicuramente i prossimi anni ci riser- veranno sviluppi sorprendenti. Allo stesso tempo è però opportuno man- tenere una certa cautela, consideran- dolalungastradapercorsaperarrivare ai risultati attuali e come, nonostante tanti progressi e annunci, sono ancora molteplici le difficoltà tecniche da su- perareper rendere le tecnologiequan- tistiche fruibili su larga scala. Il fenomeno quantistico forse più noto è la ‘sovrapposizione degli stati’ con il relativo ‘collasso in uno stato puro dovuto allamisura’, la cui rappresentazione iconica è il celeberrimo gatto di Schrödinger Un qubit è un oggetto che si trova normalmente in uno stato sovrapposto nel quale vale contemporaneamente 0 ed 1, secondo una certa distribuzione di probabilità Foto:Shutterstock Foto: fontePixabay