Computer quantistico

computer quantistico

computer quantistico modello teorico di computer in cui l’informazione si presenta in quantità discrete come i livelli energetici di un atomo in meccanica quantistica. Nei calcolatori tradizionali la tensione tra le piastre rappresenta un bit di informazione: un condensatore carico registra un 1 e uno scarico uno 0. In un computer quantistico i circuiti e i bit di memoria non sarebbero vincolati alla dualità 0 e 1 ma potrebbero operare in una sovrapposizione di stati 0 e 1 generati da una schiera di atomi che faccia le veci delle batterie di condensatori tradizionali. Ciascun atomo codificherà uno 0 nello stato elettronico fondamentale e un 1 in uno stato eccitato, quando cioè l’elettrone dell’ultima orbita occupata viene portato a un livello energetico superiore, per esempio illuminandolo con una luce di determinata frequenza e durata. Se tale stato eccitato è sufficientemente stabile lo si potrà utilizzare, insieme allo stato di energia più basso, per rappresentare rispettivamente i numeri 0 e 1. Se un atomo eccitato viene colpito da un ulteriore impulso di luce, simile al precedente, l’elettrone ritornerà nello stato di energia più basso. Ma se il primo impulso di luce dura la metà del tempo necessario per commutare lo stato dell’elettrone, questo si troverà simultaneamente in entrambe le orbite. L’elettrone sarà allora in una sovrapposizione dei due stati, fondamentale ed eccitato. Utilizzando in tal modo un atomo si può memorizzare un quanto di informazione, detto qubit. Con i tre fondamentali meccanismi quantistici della sovrapposizione, dell’entanglement e dell’interferenza è possibile costruire un’intera logica circuitale quantistica, almeno a livello teorico. Senza l’entanglement, infatti, non si potrebbero correlare i risultati ottenuti con i valori in ingresso, mentre il principio dell’interferenza garantisce che, se viene estratto un risultato, contemporaneamente vengono eliminati tutti gli altri.

Non è possibile al momento formulare previsioni sull’effettiva costruzione di un computer quantistico perché esistono almeno tre tipi di problemi che occorre risolvere: innanzitutto il mantenimento dello stato di sovrapposizione quantistica dei vari elementi, e quindi un effettivo isolamento dei circuiti quantistici dal mondo macroscopico che li circonda. In secondo luogo, la gestione degli errori che si manifestano in un complesso circuitale così delicato. Infine, le conoscenze tecniche necessarie per realizzare le funzioni di calcolo che, attraverso sovrapposizione, entanglement e interferenza, consentono di correlare le risposte ai valori di ingresso. Fra i problemi non risolubili con mezzi deterministici, ma possibili in termini quantistici (→ problemi P e NP), si ricorda il problema della generazione di numeri veramente casuali e il problema della fattorizzazione in fattori primi di numeri molto grandi, di altissimo interesse per la crittografia. Sono inoltre già stati proposti algoritmi quantistici per il problema della ricerca efficiente in database e per il calcolo dei cicli hamiltoniani. Infine, tutta la simulazione di fenomeni quantistici, così importante per l’esplorazione del mondo microscopico, preclusa nella fisica classica, diventerebbe possibile grazie alla computazione quantistica.