Proprietà dei computer quantici
La tecnologia avanza inesorabilmente e periodicamente arriva l'invenzione o l'idea che stravolge e trasforma il nostro modo di vivere. I computer quantici (o quantistici) possono potenzialmente rappresentare un enorme miglioramento ai nostri hardware "tradizionali" e fornire una potenza di calcolo finora impensabile in base all'attuale tecnologia impiegata. Stiamo inevitabilmente arrivando di fronte a una barriera fisica,i transistor più avanzati sono arrivati alla dimensione di 7 nanometri e cominciano a non funzionare affidabilmente.È qui che entra in campo l'idea di computer quantico. Il più grande vantaggio di questa tipologia di computer è la capacità di assumere una superposizione. Se i bits tradizionali posso assumere un valore binario tra 0 e 1, un qubits (quantum-bit) può rappresentare un valore tra 0 e 1 contemporaneamente. Solo 20 qubits raggiungono più di un milione di configurazioni possibili, 200 qubits potrebbero contenere più numeri simultaneamente della quantità di atomi nel nostro universo.
Rappresentazione grafica di un cubo a forma di sfera Bloch fonte:wikipedia
Un'altra proprietà unica dei qubits è l'entanglement. Quando due particelle quantiche interagiscono tra loro diventano entangled e assumono uno status quantico interdipendente. Questo significa che si crea una correlazione tra le due particelle. Se la particella A assume una posizione determinata, a tale posizione la particella B risponderà con un'altra posizione fissa in base al loro entanglement.
I limiti odierni
Un computer quantico è uno strumento incredibilmente sofisticato e per funzionare ha bisogno di incontrare condizioni specifiche molto rigide. I qubits hanno bisogno di una temperatura prossima allo zero assoluto per poter funzionare senza andare incontro ad errori, un impianto di refrigerazione costruito dalla IBM ad esempio ha più di 2000 componenti.Un altro elemento fondamentale è l'assenza totale di radiazioni esterne per preservare l'ambiente quantico. Al momento la sfida più ardua che ingegneri e scienziati stanno affrontando è proprio quella di preservare questo ambiente quantico tanto fragile quanto potente. I migliori tentativi riescono a mantenere questo ambiente solo per piccole frazioni di secondo.
Per costruire un computer quantico il metodo più utilizzato è quello a superconduzione metallica. Sono utilizzati, in presenza dei requisiti descritti, degli anelli nanometrici che contengono al loro interno elettroni in stato quantico che scorrono in modo orario e antiorario. Il senso di rotazione è quello che da il valore di 0 e 1, dando forma al qubit in superposizione. È questa la base con cui funzionano i computer quantici di IBM e Google. Questi computer sono al momento utilizzati principalmente per la rilevazione di errori nei sistemi di comunicazione e hanno molta strada da percorrere prima che possano essere utilizzati per funzioni più ambiziose.
Potenzialità e investimenti
Le potenzialità di questa nascente tecnologia si vedono in modo più netto nei campi che richiedono la risoluzione di problemi con una quasi infinita possibilità di soluzioni. Alcuni esempi possono essere i sistemi di modellazione di composti organici, l'andamento del meteo e il surriscaldamento globale stesso, ma anche il miglioramento dell'intelligenza artificiale, lo studio della genetica e il cervello umano. Anche il mondo della criptografia e della sicurezza network potrebbero essere rivoluzionati grazie al nuovo livello di capacità di calcolo e renderebbe obsoleti i sistemi di sicurezza odierni.I più grandi investimenti in prospettiva futura vengono dalla Cina che ha un progetto nella città di Hefei per costruire il National Laboratory for Quantum Information Sciences, il quale gode di un budget di 10 miliardi. Anche gli Stati Uniti e l'Europa avanzano nella ricerca e spesso collaborano come nel caso della IBM che ha diversi team di ricerca a Zurigo, mentre Microsoft collabora con l'università di Delft in Olanda. Ci sono inoltre innumerevoli centri di ricerca universitari finanziati da investitori privati.
La strada verso l'approdo commerciale dei computer quantici però è ancora lunga e ad oggi non possiamo affermare con certezza che tali tecnologie diventeranno di uso comune. L'ipotesi più probabile è che questa tipologia di computer verrà utilizzata da grandi aziende, centri scientifici e militari e non approderà mai nelle case delle persone comuni. D'altronde un hardware del genere attualmente è più che sprecato per l'utilizzo quotidiano di un individuo comune, ma è altresì vero che le esigenze dell'uomo sono in costante mutamento ed evoluzione e solo il tempo potrà dirci l'effettiva diffusione dei computer quantici nel mondo.
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Date:
18-07-2019
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