Un computer quantistico è qualsiasi dispositivo per il calcolo che fa uso diretto di fenomeni meccanici distintamente quantistici, come la sovrapposizione e l’entanglement, per eseguire operazioni sui dati. In un computer classico (o convenzionale), le informazioni sono memorizzate come bit; in un computer quantistico, è memorizzato come qubit (bit quantici).Il principio di base del calcolo quantistico è che le proprietà quantistiche possono essere utilizzate per rappresentare e strutturare i dati e che i meccanismi quantistici possono essere ideati e costruiti per eseguire operazioni con questi dati. Sebbene il calcolo quantistico sia ancora agli inizi, sono stati condotti esperimenti in cui le operazioni di calcolo quantistico sono state eseguite su un numero molto piccolo di qubit. La ricerca in entrambe le aree teoriche e pratiche continua ad un ritmo frenetico e sono molti a supportare la ricerca di calcolo quantistico per sviluppare computer quantistici per scopi di sicurezza sia civili che nazionali, come la crittoanalisi. Se possono essere costruiti computer quantistici su larga scala, saranno in grado di risolvere alcuni problemi in modo esponenzialmente più veloce di qualsiasi dei nostri computer classici attuali (ad esempio l’algoritmo di Shor). I computer quantistici sono diversi da altri computer come computer DNA e computer tradizionali basati su transistor. Alcune architetture informatiche come i computer ottici possono utilizzare la sovrapposizione classica delle onde elettromagnetiche, ma senza alcune risorse meccaniche quantistiche specifiche come l’entanglement, hanno meno potenziale di accelerazione computazionale rispetto ai computer quantistici. Si ritiene che la potenza dei computer quantistici come la fattorizzazione a numeri interi sia impossibile dal punto di vista computazionale con un normale computer per numeri interi grandi che sono il prodotto di pochi numeri primi (ad esempio, prodotti di due numeri primi a 300 cifre). In confronto, un computer quantistico potrebbe risolvere questo problema in modo più efficiente di un computer classico usando l’algoritmo di Shor per trovare i suoi fattori. Questa capacità consentirebbe a un computer quantistico di “rompere” molti dei sistemi crittografici in uso oggi, nel senso che ci sarebbe un algoritmo polinomiale (nel numero di bit dell’intero) per risolvere il problema. In particolare, la maggior parte dei cifrari a chiave pubblica popolari si basa sulla difficoltà del factoring di numeri interi, comprese le forme di RSA. Vengono utilizzati per proteggere pagine Web sicure, e-mail crittografate e molti altri tipi di dati. La rottura di questi avrebbe implicazioni significative per la privacy e la sicurezza elettronica. L’unico modo per aumentare la sicurezza di un algoritmo come RSA sarebbe aumentare le dimensioni della chiave e sperare che un avversario non abbia le risorse per costruire e usare un computer quantico abbastanza potente. Sembra plausibile che sarà sempre possibile costruire computer classici che abbiano più bit del numero di qubit nel più grande computer quantistico.
Un team di ricercatori dell’UCLA ha stabilito un nuovo record per preparare e misurare i bit quantici, o qubit, all’interno di un computer quantistico senza errori. Le tecniche che hanno sviluppato rendono più semplice la costruzione di computer quantistici che superano i computer classici per compiti importanti, inclusa la progettazione di nuovi materiali e prodotti farmaceutici. La ricerca include, inoltre, l’eccezionale ricerca sull’informazione quantistica e l’informatica quantistica. Attualmente, i computer quantistici più potenti sono dispositivi “rumorosi su scala intermedia quantistica” (NISQ) e sono molto sensibili agli errori. L’errore nella preparazione e nella misurazione dei qubit è particolarmente oneroso: per 100 qubit, un errore di misurazione dell’1% significa che un dispositivo NISQ produrrà una risposta errata circa il 63% delle volte, ha affermato Eric Hudson, professore di fisica e astronomia dell’UCLA. Per affrontare questa grande sfida, i colleghi di Hudson e UCLA hanno recentemente sviluppato un nuovo qubit ospitato in uno ione di bario radioattivo raffreddato a laser. Questo “goldilocks ion” ha proprietà quasi ideali per la realizzazione di dispositivi quantici a bassissimo tasso di errore, consentendo al gruppo UCLA di raggiungere un tasso di errore di preparazione e misurazione di circa lo 0,03%, inferiore a qualsiasi altra tecnologia quantistica fino ad oggi, ha detto Wesley Campbell, professore di fisica e astronomia dell’UCLA. Lo sviluppo di questo nuovo entusiasmante qubit all’UCLA dovrebbe avere un impatto su quasi ogni area della scienza dell’informazione quantistica, ha affermato Hudson. Questo ione radioattivo è stato identificato come un sistema promettente in reti quantistiche, rilevamento, tempistica, simulazione e calcolo, e il documento dei ricercatori apre la strada a dispositivi NISQ su larga scala.
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