IL Computer Quantistico

Come ormai abbiamo imparato, un computer quantistico è una macchina che, per eseguire le classiche operazioni, utilizza le leggi della meccanica quantistica.

Ma come funziona effettivamente?

Per rispondere a questa domanda ci viene in soccorso un esempio pratico di questi ultimi anni: il computer quantistico di IBM (IBM Q), messo a disposizione di tutti tramite cloud.

Il Computer Quantistico di IBM. Fonte Flickr.com

Esso è stato costruito su una base di 5 qubit che, basandosi sull’effetto josephson, vengono installati su un chip fisico di silicio. I 5 qubit comunicano tra di loro tramite giunzioni Josepson, costituite da metalli in grado riuscire a mettere in comunicazione i qubit solo e soltanto se vengono mantenuti a temperature bassissime che consentono di sfruttare le loro proprietà superconduttive.

Una volta posti negli stadi predefiniti, i qubit tenderanno a rimanere in essi fino ad un nostro successivo intervento. Purtroppo non è MAI così. Infatti, se lo fosse, non ci sarebbe il problema della decoerenza e i risultati non sarebbero mai sottoposti ad errori.

La decoerenza crea dei decadimenti: un qubit che si trova nello stato 1(eccitato) può sempre decadere nello stato zero (0) per via di fotoni residui, andando a modificare tutti i risultati ottenuti. Per questo motivo andare a considerare la possibilità di errori è uno dei più grandi problemi che i ricercatori del settore stanno cercando di risolvere.

Per di più il trasferimento di informazioni tra i vari quantum bit non è semplice come in un computer classico. Molte porte(gates) infatti richiedono che il secondo qubit si trovi in uno stato predefinito, come la controlled not.

Quest’ultima opera tra un qubit e l’altro solo se il secondo si trova nello stato 1, il che rende molto complicato la possibilità di avere sempre un risultato. Per questo motivo l’IBM Q presenta 4 qubit separati che vengono messi in comunicazione tramite un quinto che è legato ad ognuno di essi.

Schema dei Qubit di IBM Q. Immagine realizzata dall’autore.

Come possiamo notare quindi è che l’IBM Q, ma in generale ogni computer quantistico, deve essere dotato di una tecnologia molto ingombrante e costosa per essere utilizzato a pieno. Per il suddetto motivo gli ingegneri sono pessimisti sul fatto di poter mai essere in grado di realizzare un personal computer quantistico.

L’unica possibilita sarà quella di provare a sfruttare le capacità quantistiche di un computer solo tramite remoto , almeno per i prossimi 50 anni.

Filippo Colangelo

 

#RivoluzDigitale #QuantumComputing #CNOT #Josephson #Decoherence #IBM #future

CHI SONO

Ciao! Sono Filippo Colangelo, frequento il primo anno di Ingegneria al Politecnico di Torino e seguo il corso di Rivoluzione Digitale del Professor De Martin.

Faccio parte del gruppo ‘Compution’ che studia lo sviluppo dei vari tipi di computer. In particolare mi occupo della parte relativa ai computer quantistici e quantum computing.

Potete seguirmi su Twitter al seguente link:

 https://twitter.com/filippocolang

Crittografia quantistica: Quantum Key Distribution

Da sempre la crittografia ha accompagnato l’uomo nel suo sviluppo: in passato infatti, essa era fondamentale per comunicare con i propri alleati senza far sì che i nemici potessero recepire il messaggio, così come è ancora oggi.

Ma se anni fa era precluso all’ambito militare, al giorno d’oggi, la crittografia è una pratica che ogni personal computer esegue per salvaguardare i nostri dati, quindi la nostra privacy, da possibili attacchi informatici. E come fa?

Il sistema crittografico di un computer classico utilizza un algoritmo ideato negli anni 70 da 3 ricercatori del MIT denominato RSA. Esso consiste nello scambiare la chiave di un dato criptato utilizzando la matematica di Gauss e l’aritmetica di Fermat (tecnica dell’orologio).

Anche se tutto questo non garantisce la completa segretezza dei nostri dati, proprio come la distribuzione a chiave quantistica.

Ma allora perché ne parliamo? Perché dovrebbe essere qualcosa di innovativo se effettivamente non ci assicura la completa copertura?

Perché, a differenza della crittografia di un computer classico, quella quantistica è in grado di sapere sempre se un nostro dato è stato visto o toccato da terzi.

Canale di passaggio delle informazioni tramite computer quantistici. Fonte wustl.edu

Infatti, la chiave criptata sarà formata da quantum bit in sovrapposizione coerente di stati, e se qualcuno volesse aprirla o decriptarla essa risentirebbe dell’intercettazione cambiando il proprio stato.

Concludendo, quello che vogliamo affermare è che, avere un computer quantistico, ci assicurerebbe di conoscere sempre se qualcuno ci spia avendo  una maggiore consapevolezza di quello che è il web.

Filippo Colangelo

#quantum #distribution #crittografia #hacking

 

CHI SONO

Ciao! Sono Filippo Colangelo, frequento il primo anno di Ingegneria al Politecnico di Torino e seguo il corso di Rivoluzione Digitale del Professor De Martin.

Faccio parte del gruppo ‘Compution’ che studia lo sviluppo dei vari tipi di computer. In particolare mi occupo della parte relativa ai computer quantistici e quantum computing.

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