Il computer quantistico: la nuova frontiera dell’evoluzione

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Nel mondo della tecnologia, una delle sfide più entusiasmanti e affascinanti degli ultimi decenni è lo sviluppo dei computer quantistici. Questi dispositivi promettono di rivoluzionare radicalmente il nostro modo di elaborare informazioni, aprendo la strada a nuove scoperte scientifiche, avanzamenti nell’informatica e soluzioni a problemi precedentemente considerati insolubili. Per capire i computer quantistici, è essenziale comprendere la natura quantistica dell’informazione. Mentre i computer tradizionali usano bit, unità fondamentali di informazione che possono essere in uno stato 0 o 1, i computer quantistici sfruttano i quantum bit o qubit. A differenza dei bit, i qubit possono esistere in una sovrapposizione di stati, il che significa che possono essere sia 0 che 1 contemporaneamente grazie al principio di sovrapposizione quantistica. Questo comportamento è reso possibile dalla meccanica quantistica, la teoria che descrive il comportamento delle particelle subatomiche.

Come funzionano i computer quantistici
I computer quantistici sfruttano qubit per eseguire calcoli. Questi qubit sono rappresentati da particelle quantistiche come atomi, elettroni o fotoni. Gli scienziati hanno sviluppato vari approcci per creare e manipolare qubit, tra cui superconduttori quantistici e trappole ioniche. Una delle caratteristiche fondamentali dei computer quantistici è la capacità di eseguire operazioni su una vasta gamma di valori simultaneamente, grazie alla sovrapposizione quantistica e all’entanglement, un fenomeno in cui lo stato di un qubit è intimamente correlato allo stato di un altro, indipendentemente dalla distanza tra di essi. Nel 2019 il computer quantistico “Frontier” di Google con 53 qbit aveva risolto in tre minuti un’operazione che per un computer tradizionali avrebbe richiesto più di diecimila anni per risolverla. Oggi “Sycamore” il nuovo quantum computer di Google, con i suoi 70 qbit ha risolto in 6 secondi dei calcoli che la precedente versione avrebbe impiegato 47 anni: straordinario!

Applicazioni potenziali
I computer quantistici hanno il potenziale per risolvere problemi estremamente complessi in settori come la crittografia, la simulazione molecolare, l’ottimizzazione dei processi e addirittura la progettazione di farmaci. Ad esempio, possono scomporre rapidamente algoritmi crittografici che sarebbero altrimenti impossibili da decifrare con i computer tradizionali oppure, possono simulare molecole e materiali a livello quantistico, consentendo agli scienziati di sviluppare nuovi farmaci e prodotti con prestazioni superiori. Anche l’apprendimento automatico nello sviluppo, addestramento, calcolo ed elaborazione dei modelli di Intelligenza Artificiale possono beneficiare di questa tecnologia.

Sfide e ostacoli
Nonostante il loro enorme potenziale, i computer quantistici affrontano molte sfide tecniche. Uno dei principali ostacoli è la stabilità dei qubit, che sono estremamente sensibili all’ambiente circostante e alle fluttuazioni energetiche. Gli errori quantistici possono verificarsi facilmente, limitando l’efficacia finale dei calcoli. Gli scienziati stanno lavorando duramente per sviluppare tecniche di correzione degli errori quantistici e migliorare la coerenza dei qubit. Sempre in primo piano il lavoro degli esperti della divisione Google Quantum AI, che in un articolo pubblicato a febbraio scorso sulla rivista scientifica “Nature” raccontano di aver sviluppato un algoritmo in grado di correggere questi tassi di errori computazionali, il “surface code logical qbit”.

Conclusioni
I computer quantistici e il loro straordinario potenziale, rappresentano una delle frontiere più affascinanti dell’evoluzione tecnologica. Tuttavia, rimangono ancora molte sfide da superare prima che possano essere ampiamente adottati e sfruttati appieno. Nonostante ciò, l’entusiasmo e gli investimenti nella ricerca quantistica stanno crescendo, e il futuro potrebbe vedere l’emergere di computer quantistici sempre più potenti e versatili, aprendo la strada a un’era completamente nuova nell’evoluzione della tecnologia.

Fabio Morelli

Photo-video credits

“IBM Quantum System One in Ehningen, Germany” By IBM Research