Mentre un computer ordinario funziona con i bit, dove ogni bit può essere rappresentato, ad esempio, da un interruttore che può essere acceso o spento, un computer quantistico richiede bit quantistici, o in breve qubit.
I componenti fondamentali che trasportano l’informazione devono essere qubit, poiché vogliamo simulare sistemi quantistici entangled altamente complessi che nessun computer ordinario è in grado di fare. L’entanglement è probabilmente la caratteristica più importante della meccanica quantistica. Uno stato entangled non può essere fattorizzato come un prodotto dei suoi stati quantistici locali costitutivi, e quindi può essere descritto solo come un insieme inseparabile.
Il tentativo di scrivere una descrizione quantistica di qualche centinaio di qubit, in uno stato così complesso, può richiedere un numero di bit superiore al numero di atomi dell’universo visibile. Sebbene i computer quantistici possano essere la prossima tecnologia rivoluzionaria, la sbalorditiva complessità portata dal regno dei quanti potrebbe non superare sempre le capacità dei computer classici. Tuttavia, abbiamo almeno tre buone ragioni per pensare che in futuro i computer quantistici possano diventare più potenti di quelli classici.
In primo luogo, siamo a conoscenza di problemi che si ritiene siano estremamente difficili da risolvere per i computer classici, ma per i quali sono stati ideati algoritmi quantistici che potrebbero risolverli facilmente. L’esempio più noto è quello di trovare i fattori primi di un grande intero composto. Oltre ad avere numerose applicazioni nel campo della matematica, questi grandi numeri composti da due o più primi sono utilizzati nell’algoritmo Rivest-Shamir-Adleman (RSA), che è la tecnica crittografica più utilizzata per criptare la trasmissione di dati, come ad esempio nei browser web, nelle e-mail e in altri canali di comunicazione.
In secondo luogo, gli informatici hanno anche sostenuto che gli stati quantistici facili da preparare su un computer quantistico hanno proprietà che possono essere considerate superclassiche, come l’entanglement. Ciò significa che se misuriamo tutti i qubit del nostro stato quantistico, stiamo campionando da una distribuzione di probabilità correlata che non può essere campionata in modo efficiente con nessun mezzo classico. Ciò implica che i computer quantistici possono essere sempre in grado di ottenere prestazioni migliori rispetto ai computer classici.
Infine, e forse la ragione più convincente per cui pensiamo che i computer quantistici siano potenti, è che non conosciamo alcun modo per simulare un computer quantistico usando un computer classico!
Mirko Consiglio è fisico, programmatore e dottorando. Sta svolgendo ricerche sui computer quantistici presso l’Università di Malta nell’ambito del progetto QVAQT (Quantum Variational Algorithms for Quantum Thermodynamics), finanziato dal Malta Council for Science and Technology.
