Abbiamo tutti sentito le parole computer quantistico in qualche momento, ma generalmente pochissimi sanno cosa sia veramente. Per molti la prima cosa che viene in mente è un personal computer molto potente, in grado di svolgere qualsiasi compito ma alla massima velocità, ma non è un semplice computer super potente, È molto di più.
Sebbene si tratta di macchine totalmente fuori dalla portata del grande pubblico, generano molta curiosità. In questo articolo spieghiamo cos'è un computer quantistico e per cosa viene generalmente utilizzato e quali sono i fenomeni quantistici su cui si basa il suo potere.
Cos'è un computer quantistico?
I computer quantistici sono macchine gigantesche che sfruttano alcuni fenomeni della meccanica quantistica per ottenere grandi aumenti nella potenza di elaborazione. I computer quantistici sono in grado di tenere il passo con il bitume di qualsiasi computer super desktop tradizionale. Qualcosa che viene spesso definito supremazia quantistica.
Questo significa che finiremo tutti per avere un computer quantistico a casa per navigare in Internet o giocare ai videogiochi? Assolutamente no. Le macchine classiche continueranno ad essere la solita soluzione sia per risolvere i nostri problemi sia su cui basare il nostro tempo libero interattivo. Anche il più economico.
I computer quantistici promettono di essere una spinta per vari campi del progresso tecnologico, come la scienza, la medicina o la genetica. Alcune aziende stanno già iniziando a utilizzarli per sviluppare i loro nuovi prodotti, così come nuovi materiali più leggeri e durevoli per sostituire completamente il combustibile termico.
Come funziona un computer quantistico?
Queste macchine non basano la loro potenza su hardware convenzionale, come quello che possiamo trovare nei nostri computer di casa, non si tratta di schede grafiche e processori su larga scala, ma va molto di più, sia in quantità che in complessità. Il segreto della potenza di un computer quantistico risiede nella sua capacità di generare e manipolare bit quantistici o qubit.
Cos'è un Qubit?
I computer tradizionali utilizzano bit, megabyte, gigabit…. Un flusso di impulsi elettrici o ottici che rappresentano uno e zero. L'intero mondo virtuale da un'e-mail, un sito Web o un film che vediamo online, sono essenziali per una lunga catena di zeri e uno.
I computer quantistici utilizzano qubit, particelle subatomiche come elettroni o fotoni. L'approccio di alcune aziende piace Google si affida a circuiti superconduttori raffreddati a temperature inferiori allo spazio profondo. Altri intrappolano singoli atomi in campi elettromagnetici su un chip di silicio, in una camera a vuoto. In entrambi i casi l'obiettivo è isolare i qubit in uno stato quantistico controllato.
I Qubit hanno alcune proprietà peculiari, che ne fanno un gruppo in grado di fornire molta più potenza di elaborazione rispetto allo stesso numero di bit binari. I più importanti sono chiamati sovrapposizione e entanglement quantistico.
Cos'è la sovrapposizione quantistica?
La sovrapposizione quantistica si verifica in natura, quando una particella elementare possiede simultaneamente due o più stati, come accade con i fotoni, che possono stare in due posti diversi allo stesso tempo, qualcosa di inimmaginabile nel mondo fisico ordinario.
Questa proprietà si osserva anche in altre particelle come elettroni o neutroni, atomi o anche in piccole molecole. Questo viaggio ha portato gli scienziati a chiedersi dove sia il confine tra il mondo quantistico e ciò che chiamiamo mondo reale, quando una particella cessa di essere quantistica ed è soggetta a leggi fisiche note.
Grazie a questo fenomeno, un computer quantistico con diversi qubit sovrapposti può arrivare simultaneamente a un gran numero di possibili risultati.
Entanglement quantistico
È possibile generare coppie di qubit "entangled", per cui entrambi esistono nello stesso stato quantistico. Cambia lo stato di uno dei qubit altererebbe istantaneamente lo stato dell'altro in modo prevedibile, questo accade anche se sei molto distante.
Non si sa con certezza come o perché l'entanglement quantistico funzioni effettivamente. Qualcosa che è stato in grado di confondere lo stesso Albert Einstein, che l'avrebbe descritta come "un'azione terrificante a distanza". L'entanglement è vitale affinché i computer quantistici acquisiscano il loro grande potere. In un computer convenzionale, raddoppiando il numero di bit si raddoppia la sua potenza di elaborazione. Nel caso di un computer quantistico, l'aggiunta di qubit aggiuntivi produce un aumento esponenziale della sua capacità.
Queste macchine sfruttano i qubit intrappolati in una sorta di catena a margherita quantistica per eseguire operazioni. La capacità delle macchine di accelerare i calcoli con algoritmi quantistici appositamente progettati è la ragione per cui generano così tanta eccitazione.
Ma non tutto è eccezionale quando si tratta di computer quantistici, poiché sono molto suscettibili agli errori, a causa di inconsistenza computazionale.
Incoerenza
Questo è un fenomeno che fa decadere il comportamento quantistico e alla fine scompare a causa dell'interazione dei qubit con il loro ambiente, poiché il loro stato quantistico è molto fragile. Una leggera vibrazione o un cambiamento di temperatura può far sì che questi escano dalla sovrapposizione prima che l'attività sia completata. Per questo motivo, i qubit vengono solitamente conservati in frigoriferi e camere a vuoto a una temperatura molto bassa.
Il computer quantistico di Google
Google non ha voluto essere lasciato indietro quando si tratta di tecnologia quantistica, il gigante nordamericano ha sviluppato un computer quantistico in grado di eseguire un calcolo in 200 secondi, cosa che in un super pc tradizionale avrebbe richiesto diecimila anni. Questo è il motivo per cui proclama che i computer quantistici sono il futuro immediato. Sebbene la sua concorrenza IBM non sia del tutto d'accordo.
I ricercatori neutrali mostrano che il computer quantistico di Google doveva eseguire un calcolo di numeri casuali che avrebbe potuto avere successo solo se tutti i componenti del computer funzionassero in perfetta armonia.
Google non ha intenzione di rimanere indietro in questa corsa e quindi promette di investire molto più capitale in questa tecnologia. Nel caso di Google, possiamo intuire che sarà così, anche se IMB non intende stare a guardare poiché la maggior parte delle sue risorse sono attualmente dedicate al miglioramento di questa tecnologia. Il tempo dirà se Google da solo è in grado di sviluppare la supremazia quantistica o dovrà unirsi alla sua concorrenza.
È una tecnologia che può giovare a tutti noi, nello sviluppo di farmaci in grado di curare le malattie incurabile finora.