Cos’è un computer quantistico?

La principale differenza tra un PC classico e uno quantistico risiede nel modo in cui elaborano e rappresentano le informazioni.

Nei PC tradizionali, i dati sono rappresentati in bit, che possono essere o 0 o 1, e questi vengono utilizzati per eseguire calcoli in sequenza (un'operazione alla volta). In un PC quantistico, invece, le informazioni sono rappresentate in qubit (quantum bit). I qubit possono essere 0, 1 o una superposizione di entrambi contemporaneamente, grazie al principio di superposizione della meccanica quantistica.

Questa capacità di essere contemporaneamente 0 e 1 permette ai computer quantistici di esplorare molte possibilità in parallelo, usando probabilità invece di determinare un risultato certo come nei PC classici. Inoltre, un'altra caratteristica dei qubit è l'entanglement, che consente ai qubit di essere correlati tra loro in modi complessi, migliorando ulteriormente la potenza di calcolo per certe operazioni.

Quindi, mentre un PC tradizionale esegue calcoli uno alla volta, un computer quantistico può "provare" simultaneamente diverse soluzioni a un problema, aumentando notevolmente la velocità di calcolo per alcune applicazioni (come la simulazione di molecole, la crittografia, ecc.).

Ma va anche detto che i computer quantistici sono ancora in fase di sviluppo e sono adatti per compiti molto specifici, mentre i PC tradizionali restano molto più adatti per la maggior parte delle applicazioni quotidiane.

 Nei computer quantistici, il risultato di un calcolo non è determinato in modo certo come nei computer classici, e questo è uno degli aspetti che li rende più complessi da comprendere.

Quando un computer quantistico esegue un calcolo, i qubit esistono in una superposizione di stati (sia 0 che 1 contemporaneamente) fino a quando non vengono misurati. Una volta che misuriamo il risultato, i qubit "collassano" in uno dei possibili stati (0 o 1), ma non possiamo determinare con certezza quale sarà il risultato prima della misurazione. È una probabilità legata alla disposizione dei qubit e alla loro evoluzione durante il calcolo.

Quindi, in un senso, il risultato finale di un calcolo quantistico è probabilistico: dopo aver eseguito un'operazione, quando misuriamo i qubit, otteniamo uno dei possibili risultati con una probabilità data dalla funzione d'onda associata a ciascun stato.

Tuttavia, non è che il risultato sia "qualsiasi cosa". La probabilità di ottenere un certo risultato dipende dalle operazioni effettuate durante il calcolo. In pratica, più volte il calcolo viene eseguito su qubit simili, più il risultato tende a stabilizzarsi su uno dei valori, e la probabilità di ottenere un risultato corretto aumenta. Quindi, se un calcolo è progettato correttamente, la maggior parte delle misurazioni restituirà il risultato giusto.

In altre parole, i computer quantistici sfruttano la probabilità per fare calcoli paralleli su molte possibilità, e poi ripetono il calcolo molte volte per "mediare" il risultato e ottenere la risposta corretta con alta probabilità. A volte, serve un po' di statistica e algoritmi specializzati per interpretare correttamente i risultati.

Questo approccio è quello che consente di risolvere problemi complessi (come la simulazione di molecole, la fattorizzazione di numeri grandi, ecc.) molto più velocemente rispetto a un computer classico, dove ogni possibile soluzione deve essere esplorata una dopo l'altra.

I computer quantistici sono estremamente potenti, ma per ottenere tutta quella potenza di calcolo, la quantità di operazioni da eseguire simultaneamente è incredibile. Questo significa che, durante il calcolo, generano un'enorme quantità di calore, proprio come i PC tradizionali che, se sottoposti a carichi elevati, diventano caldi e necessitano di dissipatori di calore per mantenerli funzionanti correttamente.

Nel caso dei computer quantistici, il problema del calore è ancora più complesso per via delle delicate condizioni in cui devono operare. Per esempio, molti computer quantistici usano tecnologie che richiedono temperature vicine allo zero assoluto (circa -273°C). Queste temperature così basse sono necessarie per mantenere i qubit in uno stato stabile e per evitare interferenze esterne (come il rumore termico) che potrebbero compromettere la precisione del calcolo.

Tuttavia, i computer quantistici "classici" che operano a temperatura ambiente sono ancora in fase di ricerca e sviluppo. Nel frattempo, i sistemi che lavorano con qubit sono spesso raffreddati con sistemi avanzati, come elioborre criogenici, per mantenere il necessario stato di superposizione e ridurre l'effetto di disturbi termici.

💡 Quindi cos'è un computer quantistico?

Un computer quantistico è una macchina che usa i principi della meccanica quantistica per eseguire calcoli. A differenza dei computer tradizionali, che usano bit (che possono essere 0 oppure 1), i computer quantistici usano i qubit (quantum bit).

Un qubit può essere:

• 0

• 1

• oppure una sovrapposizione di entrambi (cioè 0 e 1 insieme 🤯)

⚙️ Come funziona in parole povere

Immagina un bit come un interruttore acceso o spento. Un qubit, invece, è come una moneta che gira in aria: finché non "la guardi", non sai se è testa o croce... potrebbe essere entrambe!

Due caratteristiche rendono i qubit così potenti:

• Sovrapposizione: possono rappresentare più stati allo stesso tempo.

• Entanglement (intreccio quantistico): due qubit possono essere collegati in modo che cambiare uno influenzi istantaneamente l'altro, anche a distanza.

🚀 Perché sono così potenti?

Con questi meccanismi, un computer quantistico può eseguire tantissimi calcoli contemporaneamente. Per problemi complessi, tipo:

• Criptografia avanzata 🔐

• Simulazioni chimiche o fisiche 🧪

• Intelligenza artificiale e machine learning 🤖

un computer quantistico può trovare soluzioni molto più velocemente di un computer classico.

🧊 Quali sono i limiti oggi?

• I qubit sono fragilissimi e si "rompono" facilmente per via del rumore quantistico.

• Serve una temperatura vicinissima allo zero assoluto per funzionare (circa -273°C).

• Sono ancora in fase sperimentale: non abbiamo ancora un computer quantistico "da casa".

🧠 E nel futuro?

Se i ricercatori riusciranno a costruirli bene e renderli stabili, i computer quantistici potrebbero rivoluzionare:

• La medicina (nuovi farmaci)

• La sicurezza informatica

• L'ottimizzazione di reti (traffico, trasporti, ecc.)

• La ricerca scientifica