Il qubit è l’unità base del calcolo quantistico ed è oggi alla radice delle più innovative scoperte in campo energetico, sanitario, tecnologico e ambientale.
È quindi un elemento imprescindibile per la corsa verso il futuro e le opportunità che offre sono infinite.
Di cosa si tratta? Come funziona?
Scopri tutti i dettagli in questo articolo!
Indice dei contenuti
Cos’è un qubit?
Il qubit, o bit quantistico, è l’unità fondamentale dei calcolatori quantistici: cosa significa?
Per poterlo spiegare al meglio è necessario fare un passo indietro e capire cos’è il Quantum Computing.
Il Quantum Computing è una tecnologia che si basa su dei particolari processori, chiamati Quantum Computer, che sfruttano le leggi della fisica e della meccanica quantistica.
Si evolve in continuazione e si trasforma velocemente, con lo scopo di offrire in futuro delle soluzioni di elaborazione più rapide a problemi ad oggi irrisolvibili o che solo i supercomputer possono risolvere.
Permette di archiviare e manipolare enormi quantità di dati usando meno energia di un computer tradizionale e può elaborare informazioni con un approccio completamente nuovo.
Il qubit è la componente base di questi speciali calcolatori è ha la particolarità di potere essere 0 e 1 contemporaneamente.
Gli stati quantistici, infatti, si sovrappongono, i calcoli vengono eseguiti parallelamente e si moltiplica notevolmente la velocità e potenza di calcolo, anche per calcoli particolarmente complessi. I tempi di elaborazione si riducono e operazioni che prima richiedevano anni, ora possono essere eseguite in pochi minuti.
Il principio dell’entanglement
Il qubit è a tutti gli effetti un oggetto matematico con delle specifiche proprietà e funziona basandosi sui postulati della meccanica quantistica.
Rispettando questi principi, quindi, il qubit è un vettore unitario di uno spazio di Hilbert e ammette i concetti di sovrapposizione e entanglement.
Cosa vuol dire?
Entanglement significa intreccio ed è una combinazione tra più qubit che permette di generare una forte accelerazione nel processo di calcolo.
Correlandosi tra loro i qubit perdono la propria natura di entità individuali e diventano un’unità di coppia formando un singolo sistema.
Grazie a questo fenomeno i qubit, anche se fisicamente molto distanti tra loro, si influenzano l’un l’altro e misurandone uno si può automaticamente conoscere anche lo stato dell’altro senza doverlo misurare direttamente.
L’entanglement è fondamentale per ogni tipo di calcolo quantistico ed è ciò che permette l’elaborazione di informazioni non processabili da un computer tradizionale.
Si usa inoltre per la fattorizzazione di numeri di grandi dimensioni ed è importante per la risoluzione di problemi di ricerca.
Qubit vs. bit: le differenze
Il qubit è quindi l’unità base del calcolo quantistico e per molti aspetti ricorda il bit tradizionale.
Quali sono le differenze?
Innanzitutto il bit semplice è alla base del calcolo classico, mentre il qubit è un elemento del Quantum Computing.
Il qubit riesce inoltre a sfruttare le sovrapposizioni per ottenere delle combinazioni lineari di due stati. Cosa significa?
Il bit tradizionale veicola un singolo valore binario, che può essere 0 oppure 1, e può trovarsi solo in uno di questi due possibili stati.
Il qubit, invece, può rappresentare lo 0, l’1 o entrambi i valori sovrapposti, con una determinata probabilità che il valore sia uno 0 e una determinata probabilità che il valore si a un 1.
Grazie alle sovrapposizioni, come già anticipato, gli algoritmi quantistici elaborano le informazioni con incredibile velocità, risolvendo in poco tempo problemi che con un computer classico richiederebbero anni.
La capacità di calcolo dei qubit è quindi superiore e le informazioni che 500 qubit possono rappresentare con facilità, non sarebbero rappresentabili nemmeno da 2^500 bit tradizionali.
Anche le implementazioni sono diverse tra i qubit e i bit: i computer classici usano chip basati sul silicio, mentre i qubit possono essere creati a partire da fotoni, ioni intrappolati, quasiparticelle e atomi reali o artificiali.
Cosa aspettarsi dal futuro?
I prototipi di computer quantici sono già tantissimi e si prevede che entro quattro o cinque anni saranno finalmente pratici e davvero funzionanti, disponibili in gran quantità.
Le attività che potranno affidarsi a questa tecnologia saranno quindi numerose, soprattutto se si considera il numero crescente di aziende e di centri di ricerca che stanno investendo sullo sviluppo in questo settore.
Aziende come Google e Intel hanno infatti messo in campo importanti finanziamenti, spendendo centinaia di milioni e creando centri appositi e specializzati.
Il Quantum Artificial Intelligence Lab di Google in California, per esempio, è focalizzato sullo sviluppo di semiconduttori e algoritmi che favoriscono il calcolo quantistico, dedicandosi anche allo sviluppo dell’Intelligenza Artificiale.
In Europa, invece, c’è il Quantum Flagship Initiative, un progetto della durata di dieci anni partito nel 2018 che conta su un finanziamento di un miliardo di euro.
Progetti e strutture importanti che, ottenendo i risultati sperati, potrebbero rivoluzionare non solo l’informatica, ma il mondo intero, coinvolgendo praticamente ogni tipo di settore.
Le prospettive per i qubit
Grazie al progredire delle tecnologie quantistiche, quindi, diventa sempre più facile trovare delle soluzioni per problemi estremamente complessi all’apparenza irrisolvibili.
Una delle difficoltà maggiori, però, è la natura fragile che caratterizza i qubit e che potrebbe disturbare il sistema provocando decoerenza.
Per questo è in fase di sviluppo l’elaborazione di metodi di costruzione dell’hardware e di correzione degli errori volti a migliorare il calcolo quantistico.
Inoltre, per ovviare al problema, non è raro usare i qubit topologici, particolari qubit resi stabili dalla manipolazione della struttura e protetti dalle contaminazioni esterne grazie ad appositi composti chimici.
Questo tipo di qubit sono quindi meno fragili e più stabili e sono un’ottima risorsa per rendere i computer quantistici più funzionali e in grado di eseguire calcoli ancora più lunghi e complessi.
