Bit quantistico
- 1. LA PRIMA COMPRESSIONE DI BIT QUANTISTICI Bit quantistico
- 2. I bit, o unità d'informazione binaria, hanno due soli valori, indicati convenzionalmente con "1" e "0", che corrispondono ai due stati fondamentali "on" e "off" di un interruttore in un circuito elettrico. Nella corsa alla miniaturizzazione dei componenti elettronici, il limite estremo consiste nel codificare i bit usando lo stato di spin di atomi o molecole, oppure lo stato di polarizzazione dei fotoni, i quanti di luce. In questo contesto, per esempio, lo spin "up" può codificare il valore 1 e quello "down" il valore 0.
- 3. Uno dei fenomeni più peculiari del micromondo è che gli stati quantistici delle particelle possono esistere anche in una combinazione di stati diversi e quindi anche i qubit possono assumere più valori contemporaneamente, a differenza dei bit classici. Proprio questo fenomeno peculiare permette in linea di principio di espandere enormemente le capacità di calcolo. Tutto sta nella differenza tra bit e qbit: immaginate una sfera. Un bit può essere presente su uno dei due poli della sfera, un qbit può esistere in ogni punto della sfera. Grazie al fenomeno della sovrapposizione, un oggetto quantistico può assumere nello stesso istante due diversi stati: i qubit, insomma, possono essere contemporaneamente 0 e 1.
- 4. Spiega Steinberg dell’università di Toronto: “Se hai un libro in cui l'unico carattere stampato è 1, puoi semplicemente riferirne il contenuto dicendo: 'ho un libro pieno di '1'”. “Nel caso della meccanica quantistica, le cose non stanno così, per la natura intrinsecamente probabilistica della misurazione: anche sei hai un miliardo di fotoni preparati in modo identico, potresti ottenere un'informazione diversa da ciascuno di essi”. Steinberg e colleghi hanno risolto il problema usando un laser e altri componenti ottici per codificare tre qubit in soli due fotoni: i primi due qubit sono stati codificati rispettivamente dallo stato di polarizzazione e dall'informazione sul cammino percorso dal primo fotone, mentre il terzo qubit è stato codificato dallo stato di polarizzazione del secondo fotone. La compressione da tre qubit a due potrebbe sembrare poca cosa ma, la capacità di compressione del metodo utilizzato aumenta esponenzialmente con il numero di fotoni: 1000 qubit potrebbero essere rappresentati da soli 10, un milione da 20.
- 5. Per Steinberg e colleghi, questa difficoltà potrebbe essere aggirata usando lo stesso metodo di compressione da loro sviluppato su altri supporti, per esempio su ioni intrappolati o su campioni di materiale superconduttore. “Le difficoltà sono identiche a quelle che s'incontrano pensando di costruire un computer quantistico usando altri dispositivi di codifica dei qubit realizzati finora”, conclude Steinberg. Ione superconduttore basato sul ferro
- 6. Applicazione pratica del qbit
- 7. E’ un computer che sfrutta le leggi della fisica e della meccanica quantistica per l’elaborazione dei dati sfruttando come unità fondamentale il qubit.
- 8. 1. Un computer quantistico con n qubit vi permette di rappresentare contemporaneamente 2^n variabili.Questo e’ un numero enorme se tenete conto che per soli 300 qubit avreste 2^300 variabili che e’ un numero che supera quello di tutte le particelle dell’universo. 2. Il fatto che il risultato finale non e’ sicuro al 100%(deterministico) non rende il computer quantico molto piu’ efficiente dei computer normali in certe applicazioni. 3. Invece sono stati scritti algoritmi quantici che sfruttano al massimo questa possibilita’ di operare in parallelo su tutte queste variabili. Applicati ad alcuni problemi come la craccatura dei codici ora usati per cifrare i messaggi su Internet, rendono questi problemi risolubili in tempi brevi. 4. Quando arriveranno potremo affrontare tutta una serie di problemi che sono fuori portata delle nostre macchine 5. Tra i problemi piu’ importanti che potremo affrontare sono quelli della simulazione di sistemi quantistici : ad esempio quello del ripiegamento delle proteine (protein folding).
- 9. Sistemi contenenti migliaia di qubit potrebbero comunque arrivare entro un decennio e a giocarsi la partita ci sono IBM, Google, Microsoft, Intel ma anche centri di ricerca come quelli del MIT e di Harvard
- 10. Gli scienziati di Google potrebbero aver realizzato il computer del futuro, una macchina che si apprende di "un processore quantistico in grado di svolgere in 3 minuti e 20 secondi un insieme di calcoli che avrebbe richiesto circa 10.000 anni al supercomputer più potente del mondo.
- 11. L’informatica quantistica (o quantum computing) è la branca di studi che si concentra sullo sviluppo di una tecnologia informatica basata sulla teoria dei quanti. Con essa è possibile sviluppare computer che, seguendo i principi della fisica quantistica, abbiano un’enorme capacità di calcolo.