Computer quantistico

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Un computer quantistico (o quantico) è un nuovo dispositivo per il trattamento ed elaborazione delle informazioni che, per eseguire le classiche operazioni sui dati, utilizza i fenomeni tipici della meccanica quantistica, come la sovrapposizione degli effetti e l'entanglement.

Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

Per decenni, l'aumento della potenza dei computer è andato di pari passo con la miniaturizzazione dei circuiti elettronici, un fenomeno codificato empiricamente nella Legge di Moore: la densità dei transistor su un microchip e la relativa velocità di calcolo raddoppiavano ogni 18 mesi circa.

La miniaturizzazione dei componenti però si è fermata alle soglie della meccanica quantistica, rendendo perciò praticamente impossibile aumentare ulteriormente la densità dei transistor unitamente alla riduzione delle dimensioni dei processi costruttivi dei circuiti integrati (accorgimenti che, fino ad oggi, erano stati adottati col fine di incrementare le prestazioni di calcolo dei microprocessori).

Con una felice intuizione dell'informatica teorica, la meccanica quantistica, da limite che era, è stata trasformata in un'opportunità grazie alla quale realizzare macchine per il calcolo automatico caratterizzate da una potenza di calcolo enormemente superiore a quella dei computer convenzionali: il computer quantistico.

Al posto dei convenzionali bit – le unità d'informazione binaria, indicate convenzionalmente dalle cifre 0 e 1 e codificate dai due stati "aperto" e "chiuso" di un interruttore – nel computer quantistico si usano i qubit, gli elementi base dell'informazione quantistica che sono codificati dallo stato quantistico in cui si trova una particella o un atomo. Lo spin di una particella, per esempio, ha due stati, i quali possono codificare informazioni binarie. A rendere interessante, ai fini del calcolo, le particelle atomiche e subatomiche è il fatto che possono esistere anche in una sovrapposizione di stati quantistici, ampliando enormemente, in tal modo, le possibilità di codifica delle informazioni e, quindi, permettendo di affrontare problemi estremamente complessi.

Tuttavia, né la manipolazione controllata di atomi e particelle, né la loro reciproca comunicazione e neppure, infine, la stesura di algoritmi adatti, sono obiettivi facili da raggiungere, per cui la lunga strada per la realizzazione di un computer quantistico è solo agli inizi[1].

Cronologia[modifica | modifica wikitesto]

La prima idea di computer quantistico la espose Richard Feynman nel 1982, pensandolo sulla base della sovrapposizione di stati delle particelle elementari.

Nel 1985 David Deutsch ne dimostrò la validità.

Anche Eric Drexler, in modo indipendente, rifletté sulla costruzione di computer molecolari nel suo libro Engines of Creation del 1986 ("Motori della creazione").

Nel 1994 Peter Shor dimostrò che sarebbe stato possibile fattorizzare qualsiasi numero a grandi velocità di elaborazione.

Nel 1998 il fisico Bruce Kane propose la costruzione di un elaboratore quantistico su atomi di fosforo disposti su uno strato di silicio spesso solo 25 nanometri. È il computer quantistico di Kane.

Schema del computer di Kane

Molte scoperte ed innovazioni scientifiche (che potrebbero essere d'aiuto nella costruzione di un computer quantistico) si susseguono di continuo anche oggi; i campi di studio per arrivare ad applicazioni pratiche sono: la nanotecnologia (in particolare: nanoelettronica, optoelettronica ed elettronica molecolare; ma anche nanochimica, fotonica e fisica delle particelle), la spintronica, oltre che l'informatica, la crittografia e la logica quantistica.

Nei computer quantistici potrebbero essere utilizzati nanotubi di carbonio (utilizzabili come memorie o come elaboratori d'informazione), la correlazione quantistica (per la comunicazione), atomi artificiali, fotoni (sempre per la comunicazione e la veicolazione di informazioni), materiali superconduttori ed autoassemblanti, pozzi quantistici.

Nel 2001 IBM crea uno dei primi elaboratori quantistici a 7 qubit.

Il 28 giugno 2013 è stato reso pubblico il computer quantistico D-Wave.

A febbraio 2016 IBM mette a disposizione pubblicamente il primo computer quantistico in modalità cloud.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

La prima idea sulla possibilità di costruire computer utilizzando il comportamento delle particelle elementari (specialmente la loro non-località o entanglement) era venuta allo scienziato Murray Gell-Mann (premio Nobel per la fisica nel 1969), il quale, nel 1982, aveva intravisto come si sarebbe potuto disporre, sfruttando quelle proprietà delle particelle elementari così contro-intuitive, di un formidabile nuovo elemento-base per dare vita ad una nuova tipologia di scienza informatica.

Innovazioni[modifica | modifica wikitesto]

  • Nel 2001 la IBM, all'Almaden Research Center, in cui opera un gruppo coordinato da Isaac Chuang, crea un elaboratore quantistico a 7 qubit (Composto da una sola molecola con 7 spin nucleari).
  • Nel 2005 dei fisici dell'University of Arizona sono riusciti a misurare direttamente le variazioni subite dalla lunghezza d'onda di un atomo a contatto con una superficie.
  • Nel febbraio 2005 viene realizzata, per la prima volta, una Correlazione quantistica fra atomi artificiali.
  • Nel dicembre del 2005 viene creato dagli scienziati dell'istituto di ottica quantistica ed informatica quantistica dell'Università di Innsbruck (in Austria) il primo qubyte (8 qubit).
  • I ricercatori dell'Università di Harvard ed il Georgia Institute of Technology riescono a trasferire informazione quantistica tra diversi tipi di memorie quantistiche, da atomi a fotoni e viceversa.
  • Nel 2006 Peter Zoller, dell'Università di Innsbruck, scopre un metodo su come usare molecole polari criogeniche per rendere stabili le memorie quantistiche.
  • Ricercatori giapponesi sviluppano un metodo per contare singoli elettroni.
  • Il 13 febbraio 2007 la D-Wave Systems mostra pubblicamente l'Orion, quello che si ritiene il primo computer quantistico adiabatico a 16 qubit[2].
  • Nell'aprile 2008 ricercatori dell'Università dello Utah con a capo Ajay Nahata dimostrano la possibilità di creare una porta logica quantica mediante una fibra ottica a raggi T[3].
  • Nel 2009 viene costruito il primo processore che sfrutta 2 qubit.
  • L'11 maggio 2011 la D-Wave Systems annuncia il D-Wave One, elaboratore a 128 qubit, che risulta essere il primo computer quantistico ad essere commercializzato[4].
  • In aprile 2012 gli scienziati del Max Planck Institute, istituto di ottica quantistica, riescono a creare la prima rete quantica funzionante.
  • Nel maggio 2013 Google e Nasa presentano il D-Wave Two, nel Quantum Artificial Intelligence Lab, in California.
  • Nel febbraio 2016 IBM mette a disposizione pubblicamente l'elaboratore IBM Quantum Experience[5], il primo computer quantistico in modalità cloud con un processore a 5 qubit.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Le Scienze, lescienze.it.
  2. ^ Dimostrazione pubblica di Orion
  3. ^ Un computer a raggi T
  4. ^ D-Wave annuncia il primo computer quantistico
  5. ^ IBM Research Quantum Experience, su www.research.ibm.com, 11 febbraio 2016. URL consultato il 12 settembre 2016.

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