Topolino #3327: Il computer a q-q
Come abbiamo visto nell’articolo dedicato ai 25 anni della creazione del protocollo www che ci permette di navigare nella rete tramite degli ipertesti, gli autori di Topolino sono stati in vario modo in grado di recepire le novità scientifiche e tecnologiche all’interno delle loro storie. Dopo Giorgio Pezzin, probabilmente l’autore che ha usato in maniera più consapevole la scienza insieme con l’americano Don Rosa, c’è indubbiamente in questa particolare classifica degli autori italiani Alessandro Sisti. E ancora una volta l’esperto sceneggiatore lombardo propone, sul numero in edicola di Topolino, una storia dove la tecnologia gioca un ruolo fondamentale.
Calcoli quantistici
Il computer a q-q, disegnata da Ettore Gula, vede un Paperone moderno e attento alle innovazioni come non si incontrava sul settimanale ormai da diverso tempo. Grazie ai suoi ricercatori, il magnate paperopolese ha fatto installare in un anonimo capannone nella zona industriale un computer quantistico dotato di realtà virtuale grazie al quale ricevere gli opportuni suggerimenti per concludere gli affari più delicati.
Dell’esistenza di tale computer ne vengono a conoscenza anche i Bassotti, che cercano così di sfruttare il computer q-q per realizzare delle rapine perfette contro Paperone, con esiti puntualmente disastrosi. Il problema è, allora, nei Bassotti stessi, nel computer quantistico, non ancora pronto a rispondere alle esigenze dei suoi utenti, o in qualche altro elemento imponderabile?
Lasciando ai lettori il piacere di scoprirlo, oltre a ribadire ancora una volta l’ottima caratterizzazione di Paperone, non resta che elogiare anche il buon lavoro di Gula: il tratto rotondo e tozzo, infatti, risulta perfetto in particolare per le scene ambientate nella realtà virtuale. In questa occasione, poi, Gula squadra leggermente il tratto fornendo così l’impressione di una visione pixelata.
Computazione quantistica
Sovrapposizione di qubit – via commons
D’altra parte è proprio l’entanglement, insieme con la sovrapposizione degli stati quantistici, ad aver reso possibile la progettazione e le ricerche sulla costruzione dei computer quantistici. Ovviamente è stata sviluppata tutta una nuova disciplina, l’informatica quantistica. Essa si basa su alcuni punti importanti (via it.wiki):
- No-cloning: l’informazione quantistica non può essere copiata con fedeltà assoluta, e quindi neanche letta con fedeltà assoluta. (William Wootters, 1982).
- L’informazione quantistica può invece essere trasferita con fedeltà assoluta, a patto che l’originale venga distrutto nel processo. Il teletrasporto quantistico è stato ottenuto per la prima volta nel 1997 da Dik Bouwmeester e colleghi1.
- Ogni misura compiuta su di un sistema quantistico distrugge la maggior parte dell’informazione, lasciandolo in uno stato base. L’informazione distrutta non può essere recuperata. Ciò è una derivazione diretta dai postulati della meccanica quantistica (PMQ).
- Anche se in qualche caso è possibile conoscere esattamente in che stato base si troverà il sistema dopo una misura, il più delle volte avremo solo previsioni probabilistiche. Anche questo deriva direttamente dai PMQ.
- Alcune osservabili non possono avere simultaneamente valori definiti con precisione, per il principio di indeterminazione di Heisenberg. Ciò ci impedisce sia di stabilire con esattezza le condizioni iniziali prima del calcolo, sia di leggere i risultati con precisione.
- L’informazione quantistica può essere codificata, e solitamente lo è, tramite correlazioni non-locali tra parti differenti di un sistema fisico. In pratica, si utilizza l’entanglement.
Unità fondamentale dell’informatica quantistica è il qubit, sistema fisico quantistico che si trova in una sovrapposizione di stati. La socrapposizione di stati quantistici è un po’ come il famoso gatto di Schroedinger, ovvero al tempo stesso vivo e morto. Questo concetto della sovrapposizione è forse più semplice da spiegare immaginando una barra di caricamento che avanza man mano che l’applicazione on-line carica tutti i dati per essere pronta. Lo stato quantistico non si trova mai esattamente all’inizio o alla fine della barra, ma in una posizione intermedia, che matematicamente è una funzione il cui valore è determinato da una frazione dello stato iniziale sommata con una frazione dello stato finale.
Questo implica che linformatica quantistica, a differenza di quella classica, non si basa sull’usuale logica a due valori (la logica booleana), ma a molti valori. Questo fatto è diretta conseguenza dell’osservazione rilevata dal matematico George Mackey: è la stessa meccanica quantistica a basarsi su una logica a molti valori2.
Ovviamente, essendo i qubit quantistici, sono soggetti all’entanglement. Se però in un processo di calcolo l’entanglement non risulta in qualche modo coinvolto, allora tale calcolo può essere condotto con maggiore efficacia da un computer classico. Questo all’atto pratico implica la necessità di scrivere algoritmi ad hoc per i computer quantistici. Gli algoritmi realizzati per i computer classici, infatti, vengono svolti dai computer quantistici con un tempo superiore rispetto ai computer classici, e d’altra parte gli algoritmi quantistici, molto rapidi nell’esecuzione sui computer classici, risultano molto più lenti rispetto agli algoritmi classici sui computer usuali.
Allo stato attuale la ricerca sulla costruzione di computer quantistici vede impegnata soprattutto l’IBM, che però grazie all’applicazione dell’open-access permette anche ai ricercatori pubblici di portare avanti le ricerche per migliorare il sistema. I computer quantistici, per il momento, hanno come principale applicazioni la crittografia e il calcolo, in particolare numerico, di sistemi complessi per i quali il tempo di elaborazione previsto sui computer classici è particolarmente lungo (dell’ordine dei decenni e più).
La recensione del numero in edicola verrà pubblicata domenica su DropSea
Bouwmeester, D., Pan, J. W., Mattle, K., Eibl, M., Weinfurter, H., & Zeilinger, A. (1997). Experimental quantum teleportation. Nature, 390(6660), 575. doi:10.1038/37539 (arXiv). ↩
Una storia di paradossi, disuguaglianze e baffi. Leggi anche Il meraviglioso mondo quantistico. ↩
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