Che cos'è un computer quantistico?
Un computer quantistico è qualsiasi dispositivo che sfrutta i fenomeni della meccanica quantistica per eseguire algoritmi. Poiché i computer quantistici hanno proprietà computazionali sostanzialmente diverse rispetto ai computer convenzionali, i dati contenuti nei computer quantistici vengono definiti qubit anziché bit. Nei computer convenzionali i dati sono rappresentati da scanalature microscopiche su un disco rigido. In un computer quantistico, i dati sono rappresentati dalle proprietà quantistiche di una determinata molecola o set di molecole.
Invece di eseguire calcoli recuperando i dati da un disco rigido ed elaborandoli utilizzando un circuito integrato pieno di porte logiche, i computer quantistici elaborano i dati bombardando la molecola contenente informazioni con brevi impulsi di radiazione. Ogni ciclo di bombardamento rappresenta un'operazione algoritmica sui dati contenuti nella molecola. Quando l'algoritmo termina, viene misurato lo stato quantico della molecola, un processo che determina il risultato finale. Ciò è dovuto alla natura fondamentalmente incerta della meccanica quantistica.
Per aggirare questa difficoltà, gli algoritmi di calcolo quantistico vengono eseguiti più volte e la media ponderata dell'output si avvicina asintoticamente alla risposta corretta. Poiché i fenomeni meccanici quantistici sono intrinsecamente probabilistici piuttosto che deterministici, una risposta ben definita al primo tentativo non è possibile.
I computer quantistici possiedono alcune capacità che mancano ai computer classici. Il calcolo quantistico consente la rapida fattorizzazione di grandi numeri (una minaccia esplicita alle tecniche crittografiche convenzionali), la simulazione più accurata dei fenomeni quantistici e una ricerca di database molto efficiente.
Per qualsiasi spazio di ricerca di dimensioni n nodi, in cui ciascun nodo rappresenta una possibile soluzione a un problema, esiste solo una possibile soluzione e ogni nodo deve essere verificato singolarmente per le proprietà che corrispondono a una soluzione corretta, il calcolo quantico offre un fantastico speedup. Nei computer convenzionali, il tempo medio di ricerca è il tempo necessario per controllare ogni nodo moltiplicato per il numero di nodi ( n ) diviso per due (è probabile che la soluzione venga trovata a metà della ricerca). Nei computer quantistici, il tempo medio di ricerca è il tempo impiegato per controllare ogni nodo per la radice quadrata di n . Ciò conferisce un enorme vantaggio che diventa più impressionante solo quando stiamo prendendo in considerazione problemi più grandi.
Non è ancora possibile concepire tutte le applicazioni di computer quantistici maturi. Il maggior numero di qubit mai contenuti in un sistema di calcolo quantistico è 7. Poiché la ricerca di calcolo quantistico continua rapidamente su molti milioni di dollari in finanziamenti, sarà solo una questione di tempo fino a quando non si verificherà una svolta critica e verranno inventate applicazioni impressionanti.