La nuova era dell’informatica: i computer quantistici
Gli attuali supercomputer non sono ancora in grado di risolvere alcuni problemi. I computer quantistici offrono nuovi approcci per
Nonostante l’enorme potenza di calcolo gli attuali supercomputer non sono ancora in grado di risolvere alcuni problemi. I computer quantistici offrono nuovi approcci per affrontarli e rappresentano la nuova era dell’informatica.
Il bit: l’unità fondamentale dell’informatica
I computer rappresentano ogni informazione al loro interno tramite bit disposti in sequenza uno dopo l’altro.
Il bit è un elemento che può assumere solo due valori, 0 e 1. Questi valori possono essere anche intesi come una lampadina, ovvero 1=ON (accesa) e 0=OFF (spenta).
Unendo più bit insieme è possibile rappresentare un numero, un’immagine, un video o qualsiasi altro dato digitale contenuto nel vostro computer.
Ad esempio il numero 8 si può rappresentare con 4 bit e può essere codificato in codice binario come “1000”.
Le limitazioni degli attuali computer
La scomposizione in numeri primi
La limitazione principale degli attuali computer è la scomposizione in numeri primi. Vediamo un esempio per capire meglio: un computer è in grado di effettuare molto rapidamente l’operazione di moltiplicazione 5×3=15, ma è molto lento nell’operazione inversa, la scomposizione in numeri primi.
Immaginate di avere numeri da moltiplicare con più di 50 cifre. Ci vuole pochissimo tempo per calcolare la moltiplicazione tra due di questi numeri, ma ci vorrebbero migliaia di anni per scomporli in numeri primi.
Perché è importante questa operazione? Questa operazione viene utilizzata tutti i giorni per codificare i nostri dati e le transazioni che effettuiamo sulla rete.
Se la scomposizione in numeri primi fosse rapida da eseguire, tutti gli attuali sistemi di crittografia verrebbero violati con facilità.
La modellizzazione delle molecole
Per poter modellizzare alcune molecole vengono richiesti dei numeri molto elevati di bit.
Per esempio per ricostruire la molecola d’acqua (H20), vengono richiesti 10mila bit. Un numero ancora alla portata degli attuali computer.
Per ricostruire una molecola di Penicillina (C16H18N2Na04S) ci vorrebbero 10^86 bit. Delle cifre spaventose, ci vorrebbe un computer grande quanto tutta una galassia per poterla rappresentare.
Perché è importante poter modellizzare le molecole? Attraverso la simulazione delle molecole è possibile avere grandi sviluppi nel campo della scienza dei materiali, biologia, farmacologia e medicina.
Una nuova unità fondamentale: il Qubit
Entrando nel campo della meccanica quantistica esistono delle particelle che è possibile far entrare in uno stato particolare, sfruttando il principio di sovrapposizione quantistica. In questo stato le particelle sono in grado di contenere un’enorme quantità di informazioni.
Sfruttando questo concetto è nata una nuova unità fondamentale, il Qubit, ovvero il “Quantum bit”. A differenza del bit che può contenere solo due valori, il Qubit può immagazzinare più informazioni che possono essere rappresentate come punti su una sfera.
Immaginate di dover codificare la vostra posizione in questo momento. Con un bit potete identificare la vostra posizione dicendo solo se vi trovate a Nord o Sud. Con un Qubit potete rappresentare la vostra posizione esatta.
Un nuovo modo per affrontare i problemi
I calcolatori tradizionali effettuano i calcoli in serie e quando si trovano di fronte ad un problema cercano di risolverlo valutando tutte le possibili soluzioni.
Come potete immaginare quando le soluzioni ad un problema possono essere tante il tempo per valutare quale sia la migliore è molto elevato.
Un computer quantistico, invece, può affrontare il problema con una sola operazione guardando il problema in tutto il suo insieme e in un modo che difficilmente potremmo immaginare.
Sycamore: il computer quantistico di Google
Esistono diverse organizzazioni che hanno sviluppato il proprio computer quantistico. Uno dei più famosi è il progetto Sycamore di Google.
Sycamore è un processore che è in grado di gestire 54 qubit. Secondo quanto riportato da Google, eseguendo un esperimento di benchmark il processore ha impiegato 200 secondi. Un qualsiasi supercomputer avrebbe impiegato più di 10mila anni per svolgere la stessa operazione.
