Computer quantistico

"Nemmeno pensando alla differenza tra il supercomputer più veloce del mondo e un abaco si può avere la più pallida idea di quanto differirebbe la potenza di un computer quantistico da quella dei computer di oggi"

"Chiunque non rimanga sconvolto dalla teoria quantica, non l’ha capita"

Voglio iniziare questo post con queste due citazioni per essere di stimolo a leggere il seguito. E' un argomento molto affascinante quasi al confine con la fantascienza. Qualcosa di concreto esiste, ma siamo solo agli albori.

Facciamo un passo indietro.
Oggi riusciamo a mettere tanti circuitini in uno spazio piccolissimo (un chip). Manteniamo fisso lo spazio o addirittura lo diminuiamo e continuiamo a mettere dentro sempre più circuiti.
Dove sta il problema?
1) Riscaldano terribilmente e sempre più
2) Sono sempre più costosi da realizzare
3) Quando ci avvicineremo alla dimensione dell'atomo TUTTO CAMBIERA'
Tutto cambierà perchè passeremo dal mondo macroscopico (quello in cui viviamo e osserviamo in ogni istante le sue interazioni) e il mondo microscopico.
Le leggi che governano gli atomi, le molecole e le loro interazioni sono mostruosamente complesse (tanto che un 'certo' Feynman afferma: "Penso si possa tranquillamente affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica").
I due mondi non hanno niente a che fare tra di loro.DOBBIAMO RIPENSARE TUTTO.
Un computer classico lavora con i bit (che può assumere il valore 0 o 1). Un computer quantistico lavora con i qubit che può assumere 0, 1 e CONTEMPORANEAMENTE 0 e 1.
E' quel contemporaneamente che è il segreto di tutto: la sovrapposizione degli stati.
Con 3 bit otteniamo 2^3=8 combinazioni (ma una alla volta). Con 3 qubit otteniamo 8 informazioni tutte e contemporaneamente, non una possibile delle 8 come nel caso classico. C'è un problema però, quando cercheremo di leggerle l'informazione, TUTTO COLLASSERA'. Per poter leggere le informazioni il mondo microscopico deve interagire con il mondo esterno ed al mondo microscopico questa faccenda non piace, PER NIENTE.
Leggeremo una ed una soltanto possibile combinazione tra le tante, tantissime informazioni che si trovano tutte lì, insieme appassionatamente. In questo modo finisce tutta la magia. Sta proprio in quella combinazione che salta fuori il collasso dovuto all'interferenza, ovvero il mondo macroscopico che vuole ficcarsi in quello microscopico. C'è in corso uno studio sull'effetto Zeno che risolverebbe il problema della decoerenza. In pratica lavorando a temperature bassissime si riuscirebbe a immagazzinare in dei registri gli stati contemporaneamente.
Nella vita reale non possiamo accorgerci di tutto ciò perchè ci sono tanti di quegli atomi che le interferenze sono un numero sconfinato e ci danno uno stato che è solo una scelta nel mondo probabilistico tra le tante. Un esempio?
Prendiamo un gatto, ogni suo atomo interagisce con tutti gli altri atomi dell'ambiente che gli sta attorno. Tutte queste interazioni provocano spontaneamente un «ronzio» di interferenze quantistiche, che spariscono quasi istantaneamente. Ecco perchè la fisica quantistica non si applica alla nostra scala: i sistemi non sono mai isolati. Questo fenomeno è stato battezzato «decoerenza», poichè è la distruzione della coerenza degli stati quantistici che elimina le interferenze. La velocità di decoerenza aumenta con la grandezza del sistema. Un gatto per esempio, formato da circa 10^27 particelle, «decoerisce» in 10^-23 secondi. Ciò spiega perchè non si sono mai visti dei gatti «morti-vivi» contemporaneamente e, infine, perchè la decoerenza sia così difficile da osservare.
Cosa può fare un computer quantistico?
Quasi la totalità dei compiti complessi che l'uomo, con i super computer di oggi, non è ruscito ancora a risolvere. Salterebbero tutti i sistemi di sicurezza. Un esempio? Un algoritmo di crittografia classica, chiamato RSA, è basato sulla difficoltà di scomporre un numero in fattori primi (fattorizzazione di Shor), richiede tanti di quei calcoli che i computer odierni impiegherebbero tantissimi anni.
La potenza di calcolo dei computer quantistici è talmente elevata che in teoria si potrebbe risolvere il problema della fattorizzazione di Shor in un tempo molto più ragionevole (di diversi ordine di grandezza in meno). Tutto ciò avrebbe delle ripercursioni sulla sicurezza devastanti (pensiamo alle banche, internet, etc.). Sarebbe un bel casotto!

Qualcuno sostiene che gli americani già ne hanno costruito uno...