Cos’è un qubit e come funziona l’unità di base dei computer quantistici

Il qubit (o quantistic bit, "bit quantistico") è l'unità di base dell'informazione nei computer quantistici ed è stato proposto per la prima volta nei primi anni '80 dal fisico Richard Feynman, che intuì il potenziale del calcolo quantistico per risolvere problemi complessi in fisica e chimica. Si distingue dal bit “tradizionale” perché non è limitato ad avere un valore di 0 oppure 1, ma può assumere entrambi i valori contemporaneamente, aumentando così drasticamente le velocità di calcolo dei computer quantistici.

Cos'è un qubit: definizione e caratteristiche

Mentre un bit classico può assumere solo i valori di 0 oppure 1, il qubit può essere 0 e 1 contemporaneamente grazie ad un fenomeno chiamato “sovrapposizione quantistica”. Questa proprietà permette di eseguire più calcoli simultaneamente, aumentando fortemente la velocità di calcolo. Ma i qubit risultano interessanti anche per un’altra caratteristica fondamentale, il cosiddetto entanglement quantistico: quando due o più qubit sono entangled (cioè correlati), il cambiamento di stato di uno di essi influenza istantaneamente l'altro, indipendentemente dalla distanza. Queste proprietà rendono i qubit capaci di eseguire calcoli con un'efficienza impensabile per i computer tradizionali.

A cosa servono i qubit e come funziona: le applicazioni

I qubit sono alla base del calcolo quantistico, che promette di risolvere problemi molto complessi con velocità incredibili. Per questo motivo trovano applicazioni in moltissimi campi come ad esempio:

• Simulazioni molecolari: permettono di modellare molecole complesse, aiutando nella scoperta di nuovi farmaci o materiali;
• Criptografia: rendendo le comunicazioni più sicure, perché se qualcuno spiasse la comunicazione andrebbe inevitabilmente a modificare i qubit e quindi renderebbe lo spionaggio palese;
• Ottimizzazione in senso lato tramite i computer quantistici, dalla gestione del traffico alla logistica.

Come si crea un qubit

I qubit non sono facili da ottenere, visto che i computer quantistici richiedono condizioni molto specifiche, come temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto (–273 °C). A queste temperature, alcuni materiali diventano superconduttori, il che significa che permettono il passaggio di elettroni senza alcuna resistenza. Questo comportamento è cruciale per realizzare i qubit, che devono mantenere coerenza quantistica per eseguire calcoli correttamente.

Anche in Italia siamo riusciti a fabbricarli, precisamente alla Fondazione Bruno Kessler di Trento, dove un team di ricercatori guidato da Federica Mantegazzini ha replicato i livelli energetici di un atomo in un circuito elettrico, creando un qubit funzionante a temperature bassissime. Il loro lavoro potrebbe portare a nuovi progressi nei computer quantistici e nella tecnologia informatica in generale.

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