I computer quantistici hanno il potenziale per completare algoritmi specifici a velocità più elevate e maggiore precisione rispetto ai supercomputer più avanzati. Per comprendere al meglio l'informatica quantistica e il suo enorme potenziale, dobbiamo partire dal concetto di informazione stessa. L'informatica classica elabora e manipola i dati utilizzando "bit" binari (una serie di 1 e 0) di informazione. I bit possono assumere solo uno valore alla volta: possono essere, infatti, solo "1" o "0", mai entrambi. Allo stesso modo, invece, i computer quantistici utilizzano "bit quantistici" o "qubit" per archiviare e manipolare le informazioni. Rispetto ai bit classici, i qubit possono esistere in molti stati contemporaneamente. Questa caratteristica dei qubit è un aspetto fondamentale per la computazione quantistica.
Vantaggi del quantum computing
I qubit impiegano tempo e sforzi per essere realizzati: a differenza dei bit, non sono facilmente accessibili. Questo gioca un ruolo enorme nella produzione ed implementazione di computer quantistici. Esistono due modi principali per creare qubit. Un modo è raffreddare i circuiti superconduttivi a temperature estremamente basse, in maniera tale che essi possono essere isolati ed esibire un comportamento quantistico. Il secondo modo è creare una camera a vuoto estremo, in cui i singoli atomi possono essere intrappolati in campi elettromagnetici su chip di silicio, isolando così i qubit in uno stato quantico controllato.
Per controllare lo stato di un qubit superconduttivo, il calcolo quantistico utilizza tre fenomeni fondamentali della meccanica quantistica:
Sovrapposizione
Ciò si verifica quando un qubit si trova in una combinazione di stati. In termini informatici classici, questo avviene quando un bit è sia nello stato "1" che "0" allo stesso tempo.
Entanglement
Ciò si verifica quando una coppia di qubit condivide lo stesso stato quantistico, lavorando come un unico sistema.
Interferenza
Ciò si verifica quando i qubit interagiscono o rispondono all'ambiente circostante, rallentando e quindi interrompendo il loro comportamento. L'interferenza ci consente di manipolare il qubit in diversi stati.
Resistenza agli Errori e Supremazia Quantistica
I computer quantistici possono eseguire diverse funzioni e algoritmi; l'applicazione più comune è un algoritmo che trova la soluzione "migliore" tra tante. Attualmente, la maggior parte dei computer quantistici può eseguire solo un algoritmo alla volta, con enorme dispendio di energia. L’ obiettivo dei ricercatori è realizzare un computer quantistico tollerante agli errori, in grado di eseguire diversi algoritmi contemporaneamente e rimanere in esecuzione per lunghi periodi di tempo, il tutto utilizzando meno energia rispetto alla tecnologia esistente. A tal proposito, ci sono due obiettivi principali da raggiungere: un numero elevato di qubit e un basso tasso di errore.
Con più qubit, un computer quantistico può manipolare e archiviare più dati. Il problema è che, a differenza dei normali bit, il costo a livello hardware è elevato, rallentando il processo per avere un gran numero di qubit on chip. Per manipolare accuratamente i qubit, è necessario avere basso tasso di errore, che consentirebbe di avere operazioni accurate.
Un computer quantistico raggiunge la supremazia quantistica quando può completare un algoritmo che è definitivamente al di là della potenza dei più avanzati supercomputer. Ciò è stato ottenuto per la prima volta da Google nel 2019, quando il Dr. John Martinis ha condotto un esperimento in cui un computer quantistico ha eseguito un algoritmo specifico che va oltre le capacità pratiche dei normali computer "classici".
Commercializzazione
Mentre molti considerano la supremazia quantistica l'obiettivo finale per il calcolo quantistico, il vero test è la commercializzazione. I computer quantistici possono essere commercializzati quando essi saranno in grado di risolvere problemi reali e rilevanti in un particolare ambito. Senza la commercializzazione, ci sono pochi incentivi nel mondo reale per il calcolo quantistico. Pertanto, i computer quantistici devono essere robusti agli errori e contemporaneamente devono avere dimensioni e strutture ragionevoli. La commercializzazione è dove SEEQC differisce dalle sue controparti.