Penso di poter tranquillamente affermare che nessuno capisca la meccanica quantistica.
Riccardo Feynmann
Quando si tratta di argomenti complessi o discipline accademiche di cui le persone capiscono pochissimo, la meccanica quantistica è certamente una di queste.
Definita come lo studio dell'analisi della materia e dell'energia nel mondo fisico e nel suo ambiente, la meccanica quantistica include numerose sottodiscipline, come la chimica quantistica e l'informatica quantistica. Gli scienziati trascorrono molti anni della loro vita rivedendo dati e conducendo esperimenti per cercare di giungere a delle nuove scoperte nel settore della meccanica quantistica. Inoltre, poiché è un argomento così impegnativo da studiare, spesso le persone trascorrono un numero maggiore di anni all'università per affinare le proprie capacità. Nonostante questo la fisica quantistica sta diventando sempre più popolare, specialmente nell’ambito delle nuove tecnologie.
Pertanto in questo articolo considereremo il sottosettore della fisica quantistica noto come informatica quantistica e come funzionano i computer quantistici!
Cos'è il calcolo quantistico?
Sono moltissimi i termini appartenenti al mondo delle scienze con cui il grande pubblico ha poca familiarità. Moltissime parole relative alla fisica quantistica e all’ informatica sono poco conosciute e suonano come se provenissero da un film di fantascienza! Pochi sanno davvero cosa sia la fisica quantistica!
Per cercare di essere semplici, l'informatica quantistica è una sotto-disciplina della scienza quantistica che riguarda i computer e tutti i loro principi. Ad esempio, il calcolo quantistico è un tipo di calcolo che utilizza alcuni elementi della scienza quantistica come la sovrapposizione, l'interferenza e l'entanglement per eseguire dei calcoli.
Per eseguire e completare un calcolo quantistico è necessario utilizzare i computer quantistici.
Il calcolo quantistico sta lentamente guadagnando popolarità poiché sempre più persone stanno studiando la fisica quantistica e questo tipo di tecnologia sta acquisendo sempre maggiore importanza. Per gestire i computer quantistici, di cui parleremo in seguito, le persone dovranno studiare la meccanica quantistica in modo molto dettagliato.
Cos'è esattamente un computer quantistico?
Ora che abbiamo parlato dell'informatica quantistica, è necessario parlare dei computer quantistici, i quali vengono utilizzati per tutte le attività di ricerca nell'informatica quantistica.
Molte menti brillanti hanno lavorato al fine di garantire che i computer quantistici potessero divenire una realtà. Ma cos'è esattamente un computer quantistico? I computer quantistici sono macchine che utilizzano le proprietà della fisica quantistica per memorizzare dati ed eseguire calcoli. È stato rilevato che i computer quantistici sono estremamente vantaggiosi per svolgere compiti specifici in cui potrebbero superare di gran lunga anche i nostri migliori supercomputer.
Per avere un'idea più approfondita di quali sono i componenti di un computer quantistico, ecco gli aspetti di un computer quantistico dall'elemento più piccolo ai sistemi di livello più avanzato:
- Qubit,
- Fotonica,
- Ioni intrappolati,
- Materiale semiconduttore,
- Materiale superconduttore,
- Registri quantistici,
- Cancelli quantistici reversibili,
- Unità di elaborazione quantistica.
Tutti i componenti menzionati danno forma a un computer quantistico. Senza uno di essi un computer quantistico potrebbe non funzionare correttamente e potrebbe non riuscire a completare le sue normali attività. Per comunicare con uno sviluppatore, i computer quantistici devono essere programmati dagli sviluppatori per inviare gli algoritmi tramite un sistema host, solitamente chiamato "processore host". L'host utilizza un sistema operativo convenzionale per interagire con il processore quantistico.
Ora che abbiamo discusso i fondamenti dei computer quantistici, probabilmente ti starai ancora chiedendo a cosa servono? Scopriamo la risposta insieme!
A cosa servono i computer quantistici?
Poiché la stragrande maggioranza dei dispositivi tecnologici sono stati creati per uno scopo specifico e per semplificarci la vita, vale allora la pena chiedersi a cosa servano i computer quantistici! Sebbene ci siano molte previsioni e speranze sugli utilizzi futuri di questi dispositivi e siano molte attualmente le possibilità lavorative nella fisica quantistica, vale la pena sottolineare che sono attualmente utilizzati per le seguenti attività:
- immagazzinare grandi quantità di dati
- eseguire calcoli in modo efficiente
Rispetto ai normali computer, i computer quantistici completano le attività più rapidamente ma non sono ancora pronti per essere distribuiti su larga scala, e c'è ancora molta ricerca da fare. Tuttavia, a breve, il computer quantistico sarà più efficiente dei computer attuali e porterà vantaggi nei campi della scienza medica, delle scienze ambientali e dell'intelligenza artificiale (AI).
Sebbene il futuro sembri promettente per i computer quantistici, ci sono inconvenienti o difetti di fabbricazione che devono ancora essere risolti?
Come la maggior parte dei dispositivi o sistemi tecnologici ci sono alcune sfide che l'hardware quantistico deve affrontare. Quali?
Dai un'occhiata al seguente elenco:
- Isolamento: probabilmente la sfida più grande è l'isolamento. Il calore e la luce possono causare la decoerenza quantistica, in cui i qubit perdono le loro proprietà quantistiche (sovrapposizione e entanglement), così come le informazioni che immagazzinano.
- Controllo del segnale: per cambiare lo stato di un qubit deve essere ruotato, ma queste rotazioni sono soggette a errori. Ad esempio, l'accumulo di qubit che ruotano a un tasso di errore specifico si tradurrà in un output errato.
Inoltre, è importante ricordare che c'è ancora bisogno di un grande lavoro di sviluppo degli algoritmi affinché i computer quantistici funzionino e siano pronti per un utilizzo quotidiano efficace. Sebbene ci siano alcuni errori di progettazione nell'hardware dei computer quantistici, questo non è un motivo sufficiente per rinunciare completamente alla ricerca sull'informatica quantistica poiché ci sono più vantaggi che svantaggi. Alcuni dei vantaggi dei computer quantistici saranno discussi nei paragrafi seguenti!
Qual è la differenza tra un computer quantistico e un normale computer?
Per iniziare, vale la pena sottolineare che la ricerca sulla meccanica quantistica si è sviluppata in Europa negli ultimi 100 anni per comprendere meglio l'energia e la materia che ci circonda. Successivamente la ricerca sistematica e la collaborazione di brillanti scienziati hanno portato allo sviluppo dei computer quantistici attraverso una sottodisciplina nota come “calcolo quantistico”.
Di seguito sono riportati alcuni vantaggi dell'utilizzo di computer quantistici:
- I computer quantistici sono veloci ed efficienti se usati correttamente
- I computer quantistici potrebbero essere la chiave per portare l'Intelligenza Artificiale (IA) al livello successivo
- I computer quantistici potrebbero contribuire a una comprensione più dettagliata dell'interazione delle singole particelle, degli elementi e dei processi nelle cellule viventi.
Ma qual è la differenza principale tra i computer quantistici e i normali computer in commercio? Secondo gli esperti, la grande differenza rispetto a un computer classico è che un computer quantistico segue un diverso insieme di regole, e non usa zeri e uno come fanno i computer classici. Invece, i normali computer usano bit e byte, ma il calcolo quantistico è progettato per funzionare con i qubit, come abbiamo menzionato prima.
Per coloro che non hanno familiarità con il termine, i qubit sono bit quantistici e hanno la proprietà unica di poter valere contemporaneamente un valore pari a zero e uno. Il computer classico può essere solo acceso o spento; tuttavia, i computer quantistici che utilizzano i qubit possono essere accesi e spenti contemporaneamente. Di conseguenza i qubit consentono ai sistemi software dei computer quantistici di funzionare molto più rapidamente e di completare le attività più velocemente di un normale computer.
Pertanto, il modo in cui sono stati progettati i computer quantistici è molto diverso e più moderno rispetto ai computer tradizionali e, si spera, a breve diventeranno la tecnologia predominante! In generale le nuove scoperte della fisica sono innumerevoli in ogni campo! Si tratta di un momento molto eccitante, come dimostrano tutte le nuove scoperte della fisica 2022.
Come saperne di più sui computer quantistici?
Hai trovato questo articolo interessante e informativo? Se è così, probabilmente sei interessato ai settori della meccanica quantistica e dell'informatica quantistica. Poiché la tecnologia e la ricerca alla base dei computer quantistici sono piuttosto estese, c’è moltissimo da imparare! Ma come?
Supponiamo che tu sia uno studente di scuola secondaria che sta per scegliere quale facoltà scegliere. In tal caso potrebbe essere una buona idea prendere in considerazione una carriera nella meccanica quantistica e frequentare dei corsi universitari in fisica quantistica o in informatica per diventare un esperto nel settore dei computer quantistici. Tuttavia, supponi di avere già una carriera avviata e di non avere il tempo e le risorse per studiare qualcosa di diverso. In tal caso, vale la pena sottolineare che ci sono altri modi per saperne di più sui computer quantistici.
Come? Beh, prendendo lezioni private con un insegnante di fisica quantistica! Attraverso le lezioni private imparerai i fondamenti dell'informatica quantistica in modo coinvolgente e personalizzato in base al tuo stile di apprendimento! Potrai approfondire i principali fenomeni fisici relativi all'universo, studiando la teoria con un docente esperto che ti farà conoscere i libri dei principali autori della disciplina, come Rovelli, Bohr, Heisenberg ed Einstein.
Il miglior sito web per trovare tutor di informatica quantistica o un corso fisica online è Superprof! Con oltre 17 milioni di tutor che insegnano oltre 1000 discipline accademiche in tutto il mondo, Superprof è un importante attore nei settori dell’insegnamento privato e dell'e-learning.
Di seguito sono riportati alcuni ottimi motivi per assumere un Superprof per saperne di più sul calcolo quantistico:
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- Personale eccellente nel supporto agli studenti
- Possibilità di apprendere di persona o online
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Inoltre, un vantaggio di assumere un Superprof è che la prima delle lezioni di fisica (e non solo) è sempre gratuita al 100%!
In conclusione, saperne di più sui computer quantistici ti darà la possibilità di sperimentare le nuove strade che la tecnologia intraprenderà!
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