Verso il computer quantistico

La rivista Nature online ha pubblicato un rapporto sui recenti esperimenti in materia di computer quantistici che potrebbero aprire scenari innovativi nel campo dell’informatica.

Riporta Eugene Samuel Reich, giornalista di Nature, che un team di ricercatori dell’Università di Oxford sarebbe riuscito ad ottenere uno stato di entanglement quantistico artificiale su un cristallo di silicone reso puro da un procedimento specifico.

La fisica del secolo scorso, dopo le scoperte di Einstein, Podolsky, Schroedinger, Rosen ha fornito un quadro del comportamento della materia al livello microscopico decisamente lontano dalle percezioni quotidiane. Su scala atomica, tempo, spazio, energia, carica e le grandezze fisiche in generale non variano in maniera continua, ma a piccoli gradini, detti quanti. Questa scoperta ha portato alla formulazione di un nuovo tipo di concezione fisica che ha cambiato radicalmente il modo un cui concepiamo il mondo oggi. La branca della fisica che studia e modella questi comportamenti va sotto il nome di meccanica quantistica.

Nel mondo microscopico, infatti, accadono cose del tutto incredibili se trasferite alle scale di grandezza in cui viviamo, come ad esempio particelle che non hanno una collocazione precisa, impossibilità di misurare gli eventi con certezza e molto altro su cui torneremo in post successivi.

Una delle proprietà notevoli derivate dalla meccanica quantistica è il concetto di sovrapposizione, per cui una particella può essere contemporaneamente in due stati diversi. L’entanglement è una proprietà della materia che consente di legare lo stato dell’intero sistema allo stato delle singole costituenti anche se queste non sono fisicamente collegate. Ciò vuol dire che, in un sistema in scala subatomica in cui due particelle sono in stato di entanglement, un cambiamento sull’una si può riflettere istantaneamente sull’altra.

Queste due proprietà sono fondamentali per lo sviluppo di un computer basato sulla meccanica quantistica, o computer quantistico, perché lo stato di sovrapposizione consentirebbe di registrare più informazioni contemporaneamente sullo stesso elemento mentre l’entanglement garantirebbe la possibilità di variare istantaneamente le proprietà di catene di elementi del sistema, arrivando quindi a velocità di trasmissione delle informazioni impensabili fino ad oggi.

Per fare un esempio che dia l’idea dell’importanza di queste due proprietà, supponiamo di avere due dadi quantistici in stato di mutuo entaglement e di lanciarli contemporaneamente. Il principio di sovrapposizione ci consentirebbe di ottenere due valori contemporaneamente da entrambe i dadi, ottenendo così sia 4 che 6 sul primo e sia 2 che 1 sul secondo. Il principio di entanglement invece ci consentirebbe di cambiare risultato sul secondo dado semplicemente ruotando il primo.

L’esperimento di Oxford ha dimostrato che è possibile produrre uno stato di entaglment di 10 miliardi di coppie di bit quantici  su un cristallo di silicio, ponendoli quindi in correlazione. Sappiamo che il bit ospita l’unità di informazione nei computer classici, e che può valere o 0 o 1. Un computer quantistico è basato su bit quantistici (o qubit) che possono essere valorizzati in stato di sovrapposizione in modo da fornire contemporaneamente più valori, in modo simile a quanto abbiamo visto nell’esempio del dado.  La condizione di entanglement garantisce inoltre la possibilità di modificare a piacimento ed in modo istantaneo lo stato dei singoli qubit, ottenendo quindi non solo una enorme capacità di registrare le informazioni ma anche una velocità di elaborazione impensabile oggi.

La ricerca ovviamente è solo agli inizi e la realizzazione di un computer di questo genere è tutto fuorché banale, date le energie e i costi in ballo, ma l’esperimento di Oxford è decisamente promettente e rende i computer quantistici una realtà sempre più vicina.