Computer quantistico: differenze tra le versioni
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[[File:IQM_Quantum_Computer_Espoo_Finland.jpg|thumb|Un computer quantistico senza la copertura esterna]]
[[File:Bloch Sphere.svg|miniatura|La [[sfera di Bloch]] è una rappresentazione di un [[qubit]], l'unità di informazione fondamentale nei computer quantistici]]
Un '''calcolatore quantistico'''<ref>{{Treccani|calcolatore-quantistico_%28Neologismi%29/|calcolatore quantistico|v=x}}</ref> è un [[computer]] che utilizza le [[Meccanica quantistica|proprietà quantistiche]] della [[Materia (fisica)|materia]], come la [[Principio di sovrapposizione (meccanica quantistica)|sovrapposizione degli stati]] e l'[[Entanglement quantistico|entanglement]], al fine di effettuare operazioni su dei [[dati]].<ref name=":0">{{Cita web|url=https://www.wired.it/article/computer-quantistico-vs-normale/|titolo=E se i computer normali fossero più potenti di quelli quantistici?|autore=Condé Nast|sito=Wired Italia|data=5 agosto 2022|lingua=it|accesso=5 ottobre 2022}}</ref> A differenza di un calcolatore classico, basato su [[transistor]]i che operano su dati binari (codificati come bit, 0 o 1), il calcolatore quantistico opera con bit quantistici. Un [[qubit]],<ref>{{Cita web|url=https://www.rainews.it/articoli/2022/06/scienza-computer-quantistico-risolve-in-36-microsecondi-un-problema-da-9-mila-anni-d271b7dc-37f0-4fee-a81a-4e5bb6482d91.html|titolo=Il computer quantistico che risolve in 36 microsecondi un problema da 9mila anni|sito=RaiNews|lingua=it|accesso=5 ottobre 2022}}</ref> può trovarsi in una sovrapposizione di entrambi gli stati contemporaneamente. Grazie alle leggi della meccanica quantistica, il valore può corrispondere a 0, a 1, oppure ad una combinazione di entrambi.<ref name=":0" /> La disciplina che si occupa, in ambito teorico e sperimentale, dello sviluppo del calcolo quantistico è detta '''computazione quantistica''' ({{Inglese|quantum computing}}).<ref name="2018Report">{{Cita libro|titolo=Quantum Computing : Progress and Prospects (2018)|p=I-5|editore=National Academies Press|curatore-cognome1=Grumbling|curatore-nome1=Emily|curatore-cognome2=Horowitz|curatore-nome2=Mark|autore=The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine|città=Washington, DC|anno=2019|doi=10.17226/25196|isbn=978-0-309-47969-1|oclc=1081001288}}</ref><ref name=":1">{{Cita web|url=https://www.digital4.biz/executive/innovation-management/computer-quantistico-quantum-computing/|titolo=Cos'è il computer quantistico e quali sono le prime applicazioni|sito=Digital4|data=15 febbraio 2022|accesso=5 ottobre 2022}}</ref>
== Storia ==
La computazione quantistica comincia all'inizio degli anni ottanta,<ref>{{Cita web|url=https://www.ai4business.it/intelligenza-artificiale/computer-quantistico/|titolo=Computer quantistico: cos'è, come funziona, modelli più potenti 2022|sito=AI4Business|data=26 luglio 2022|lingua=it|accesso=5 ottobre 2022}}</ref> quando il fisico [[Paul Benioff]] propone il primo modello quantistico della [[macchina di Turing]].<ref>{{Cita pubblicazione|anno=1980|titolo=The computer as a physical system: A microscopic quantum mechanical Hamiltonian model of computers as represented by Turing machines|rivista=Journal of Statistical Physics|volume=22|numero=5|pp=563-591|doi=10.1007/bf01011339|bibcode=1980JSP....22..563B|cognome1=Benioff|nome1=Paul}}</ref> In seguito [[Richard Feynman]] e [[Jurij Manin]] esprimono l'idea che il computer quantistico abbia il potenziale di simulare cose che un [[computer]] classico non riesce a fare.<ref>{{Cita pubblicazione|data=giugno 1982|titolo=Simulating Physics with Computers|rivista=International Journal of Theoretical Physics|volume=21|numero=6/7|pp=467-488|accesso=28 febbraio 2019|doi=10.1007/BF02650179|url=https://people.eecs.berkeley.edu/~christos/classics/Feynman.pdf|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20190108115138/https://people.eecs.berkeley.edu/~christos/classics/Feynman.pdf|urlmorto=sì|cognome1=Feynman|nome1=Richard}}</ref><ref name="manin1980vychislimoe">{{Cita libro|autore=Manin, Yu. I.|titolo=Vychislimoe i nevychislimoe|url=http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/MANIN_Yuriy_Ivanovich/Manin_Yu.I._Vychislimoe_i_nevychislimoe.(1980).%5bdjv-fax%5d.zip|accesso=4 marzo 2013|anno=1980|editore=Sov.Radio|lingua=ru|pp=13-15|titolotradotto=Computable and Noncomputable|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130510173823/http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/MANIN_Yuriy_Ivanovich/Manin_Yu.I._Vychislimoe_i_nevychislimoe.(1980).%5Bdjv%5D.zip}}</ref> Nel 1994 [[Peter Shor]] pubblica l'[[Algoritmo di fattorizzazione di Shor|algoritmo che porta il suo nome]] per la [[Fattorizzazione|fattorizzazione degli interi]] in [[tempo polinomiale]].<ref>{{Cita pubblicazione|autore=David Mermin|wkautore=David Mermin|data=28 marzo 2006|titolo=Breaking RSA Encryption with a Quantum Computer: Shor's Factoring Algorithm|rivista=Cornell University, Physics 481-681 Lecture Notes|url=http://people.ccmr.cornell.edu/~mermin/qcomp/chap3.pdf|cognome1=|nome1=|accesso=23 settembre 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20121115112940/http://people.ccmr.cornell.edu/~mermin/qcomp/chap3.pdf|urlmorto=sì}}</ref> Questo è stato una svolta epocale nella materia, perché un importante metodo di [[crittografia asimmetrica]] noto come [[RSA (crittografia)|RSA]] si basa sulla supposizione che la fattorizzazione degli interi sia difficile dal punto di vista computazionale. L'esistenza dell'algoritmo quantistico in tempo polinomiale può dimostrare che uno dei protocolli crittografici più usati al mondo sarebbe vulnerabile a un computer quantistico.
Nonostante ci siano stati progressi sperimentali rapidi e impressionanti, la maggior parte dei ricercatori credeva verso il 2018 che "''un computer quantistico a prova di guasti [sia] ancora un sogno piuttosto lontano''".<ref name="preskill2018">{{Cita pubblicazione|autore=John Preskill|data=2018|titolo=Quantum Computing in the NISQ era and beyond|rivista=Quantum|volume=2|p=79|doi=10.22331/q-2018-08-06-79|arxiv=1801.00862}}</ref>
L'[[IBM]] nel 2019 ha presentato un prototipo commerciale di un computer quantistico, l’IBM Q System One.<ref name=":1" />
Il 24 ottobre 2019 Google afferma ufficialmente che un computer quantistico ha completato un calcolo da 10.000 anni in 200 secondi, ma in risposta un ricercatore prominente dichiara che una rivoluzione del computer quantistico equivalente a quella del computer classico richiederà "immensa ingegneria, e probabilmente anche ulteriori intuizioni."<ref>{{Cita news|url=https://www.nytimes.com/2019/10/30/opinion/google-quantum-computer-sycamore.html|titolo=Opinion {{!}} Why Google’s Quantum Supremacy Milestone Matters|cognome=Aaronson|nome=Scott|data=30 ottobre 2019|opera=The New York Times|accesso=30 ottobre 2019|lingua=en|issn=0362-4331}}</ref> C'è una quantità crescente di investimenti nel computing quantistico da parte di governi, aziende già avviate e start-up.<ref>{{Cita web|url=https://quantumcomputingreport.com/players/|titolo=Quantum Computing Report: Players|accesso=17 aprile 2019}}</ref> La ricerca accademica e quella industriale sono anche incentrate sull'applicazione di dispositivi di media scala<ref name="preskill2018" /> e la dimostrazione della [[supremazia quantistica]]<ref name="preskill2012">{{cita pubblicazione|titolo=Quantum computing and the entanglement frontier|data=10 novembre 2012|url=https://archive.org/details/arxiv-1203.5813|autore=John Preskill|arxiv=1203.5813}}</ref> insieme allo scopo a lungo termine di costruire e usare un computer quantistico potente e privo di errori.
=== Cronologia ===
* La prima idea di computer quantistico venne esposta in due articoli pubblicati dai fisici [[Paul Benioff]] e [[Yuri Manin]] nel [[1980]]<ref>[https://books.google.it/books?id=oKc0DwAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=it#v=onepage&q&f=false ''Mente artificiale''], E. Prati, Cap. 3 I computer quantistici, EGEA (2017)</ref>.
* Nel [[1982]] Benioff mostra che un quantum computer può essere reversibile, cioè le sue operazioni possono essere invertite.
* Nel [[1985]] [[David Deutsch]], in analogia a quanto fece [[Alan Turing]] con la definizione della macchina universale, definisce il computer quantistico universale, in grado di essere programmato con un qualsiasi algoritmo quantistico.
* Anche [[Eric Drexler]], in modo indipendente, rifletté sulla costruzione di computer molecolari nel suo libro ''Engines of Creation'' del [[1986]] ("Motori della creazione").
* Nel [[1992]] Deutsch e Jozsa annunciano il [[Algoritmo di Deutsch-Jozsa|primo algoritmo]] che esibisce un vantaggio quantistico.
* Nel [[1994]] [[Peter Shor]] dimostrò con il [[Algoritmo di Shor|suo algoritmo]] che sarebbe stato possibile fattorizzare qualsiasi numero a grandi velocità di elaborazione.
* Nel [[1998]] il fisico [[Bruce Kane]] propose la costruzione di un elaboratore quantistico su atomi di [[fosforo]] disposti su uno strato di silicio spesso solo 25 nanometri. È il ''computer quantistico di Kane''.
[[File:Kane QC.png|thumb|Schema del computer di Kane]]
* Nel [[2001]] la IBM dimostra il primo calcolo di un algoritmo quantistico mediante un esperimento costituito da impulsi elettromagnetici che manipolano una risonanza magnetica nucleare su molecole costituite da sette atomi, che fungono da base hardware per sette bit quantistici (qubit). Questo metodo viene successivamente abbandonato perché non è in pratica realizzabile un sistema che controlli molecole con un numero di atomi sufficiente da fornire i qubits per un algoritmo quantistico di un qualche interesse pratico.
* Nel [[2005]] viene dimostrata la prima porta logica quantistica detta [[porta NOT controllata]] (CNOT) mediante qubit a superconduttore.
* Nel [[2012]] l'azienda canadese D-Wave annuncia il primo computer quantistico commerciale. Si tratta di un "annealer quantistico", denominato Vesuvius, costituito da 64 registri da 8 qubit a superconduttore. Il modello viene acquistato a fini di ricerca dalla [[NASA]] con [[Google (azienda)|Google]] e da [[Lockheed Martin]].
* Nel [[2019]] esistono computer quantistici commerciali basati rispettivamente sui [[superconduttori]] e sugli [[ioni carichi intrappolati]]. L'ambito dei computer quantistici è un campo di ricerca aperto che include anche altri differenti approcci che hanno consentito di implementare qubit e porte logiche tra cui i [[pozzo quantico|pozzi quantici]] o i [[difetto atomico|difetti atomici]] nei [[semiconduttori]] (tra cui in [[silicio]], [[arseniuro di gallio]] e [[diamante]]), atomi neutri, fotoni.
* A febbraio 2019 [[IBM]] ha commercializzato il primo computer quantistico, denominato IBM Q System One, utilizzabile da remoto.<ref>{{Cita web|url=https://www.tomshw.it/hardware/ibm-q-system-one-il-primo-computer-quantistico-commerciale/|titolo=IBM Q System One, il primo computer quantistico commerciale|sito=Tom's Hardware|accesso=13 settembre 2019}}</ref>
* Nel novembre 2022 IBM annuncia Osprey, un computer quantistico a 433 qubit.<ref>{{cita web|url=https://www.smartworld.it/guide/cose-cosa-serve-computer-quantistico.html/amp|titolo=Computer quantistico: cos'è e a cosa serve}}</ref>
* Nel dicembre 2022 sono stati commercializzati in Giappone i primi tre computer portatili quantistici al mondo, basati sulla [[risonanza magnetica nucleare]] e sul [[dimetil fosfito]].<ref>{{cita web|url=
https://www.tomshardware.com/news/spinq-introduces-trio-of-portable-quantum-computers|titolo=SpinQ Introduces Trio of Portable Quantum Computers|data=15 dicembre 2022}}</ref><ref>{{cita web|url=https://tech.news.am/eng/news/510/worlds-first-portable-quantum-computers-on-sale-in-japan-prices-start-at-$8700.html|titolo=World's first portable quantum computers on sale in Japan: Prices start at $8,700}}</ref><ref>{{cita web|url=https://www.futuroprossimo.it/2023/05/il-futuro-e-ora-i-primi-computer-quantistici-portatili-in-vendita-in-giappone/amp/|titolo=Il futuro è ora: I primi computer quantistici portatili arrivano sul mercato}}</ref>
* Nell'aprile 2023 l'[[Università Federico II di Napoli]] realizza il primo computer quantistico full-stack <ref>{{Cita web|lingua=it-IT|url=https://aws.amazon.com/it/what-is/full-stack-development/|titolo=Cos'è lo sviluppo full stack? - Spiegazione dello sviluppo full stack - AWS|sito=Amazon Web Services, Inc.|accesso=2025-05-30}}</ref> operante in Italia.<ref>{{cita web|url=https://www.wired.it/article/computer-quantistico-primo-italia-napoli-seeqc/|titolo=Abbiamo visto (e provato) il primo computer quantistico in Italia|data=29 aprile 2023}}</ref>
* Nel maggio 2023 l'[[IBM]] annuncia il progetto di sviluppare un computer da 100.000 qubit e dal costo di 100 milioni di dollari entro il 2033.<ref>{{cita web|url=https://edge9.hwupgrade.it/news/innovazione/un-supercomputer-quantistico-da-100000-qubit-entro-10-anni-il-progetto-di-ibm_116965.html|titolo=Un supercomputer quantistico da 100.000 qubit entro 10 anni: il progetto di IBM}}</ref>
* Giugno 2023: [[Microsoft]] dichiara di lavorare a un computer quantistico [[topologia|topologico]] basato sui [[fermione di Majorana|fermioni di Majorana]], con l'obiettivo di arrivare entro 10 anni ad un computer capace di svolgere almeno un milione di operazioni al secondo con un tasso di errore di un'operazione ogni 1.000 miliardi (pari a 11 giorni ininterrotti di calcolo).<ref>{{cita web|url=https://edge9.hwupgrade.it/news/innovazione/il-primo-supercomputer-quantistico-tra-meno-di-dieci-anni-e-la-scommessa-di-microsoft_118070.html#:~:text=Microsoft%20scommette%20sul%20fatto%20che%20il%20suo%20primo,e%20allo%20sviluppo%20di%20un%20progetto%20tanto%20complesso|titolo=Il primo supercomputer quantistico tra meno di dieci anni è la scommessa di Microsoft|autore=Riccardo Robecchi|data=30 giugno 2023}}</ref>
* Nell'ottobre 2023 Atom Computing è la prima azienda al mondo ad annunciare la realizzazione di un computer quantistico a 1.180 qubit fisici (quindi oltre la soglia dei 1.000 qubit), basato sugli [[atomo di Rydberg|atomi di Rydberg]] che garantiscono un tempo di [[coerenza (fisica)|coerenza]] di 40 secondi, maggiore di quelli raffreddati coi superconduttori.<ref>{{cita web|url=https://edge9.hwupgrade.it/news/innovazione/il-primo-computer-quantistico-con-oltre-1000-qubit-e-di-atom-computing_121219.html#:~:text=Il%20primo%20computer%20quantistico%20con%20oltre%201.000%20qubit%20%C3%A8%20di%20Atom%20Computing,-Atom%20Computing%20%C3%A8&text=%C3%88%20Atom%20Computing%20la%20prima,in%20un%20solo%20sistema%20quantistico.|titolo=Atom Computing supera la soglia dei 1.000 qubit|data=26 ottobre 2023}}</ref>
* Nel novembre 2023 viene scoperto il [[litio]] [[molibdeno]] bronzo viola, lega capace di passare dallo stato di [[conduttore]] a quello di [[isolante di Mott]] e viceversa con un 50-50% di [[probabilità]].<ref>{{cita web|url=https://tech.everyeye.it/notizie/metallo-raro-rivoluzionare-tecnologia-quantistica-685269.html|titolo=Ecco il metallo raro che potrebbe rivoluzionare la tecnologia quantistica}}</ref>
* Nel gennaio 2024 un team di ricercatori giapponesi è riuscito mediante l'uso di [[cromofori]], a mantenere uno stato di sovrapposizione quantistica coerente per 100 [[nanosecondi]], a temperatura ambiente e senza sistemi di raffreddamento.<ref>{{cita web|url=https://tech.everyeye.it/notizie/scienziati-raggiungono-traguardo-rivoluzionario-fisica-quantistica-694345.html|titolo=scienziati raggiungono un traguardo rivoluzionario per la fisica quantistica}}</ref>
*maggio 2024: Amazon Web Services e i ricercatori dell'Università di Harvard realizzano un collegamento fra due particelle interallacciate (''entangled'') lungo 50 km di fibra ottica nella rete urbana di Boston, comprensiva dei rumori di fondo tipici di queste infrastrutture.<ref>{{Cita web|url=https://www.ansa.it/canale_scienza/notizie/frontiere/2024/05/15/-la-prima-trasmissione-supersicura-con-linternet-quantistica-_f074cdcd-d164-41e1-b448-c75d74ca1ef4.html|titolo=La prima trasmissione supersicura con l'internet quantistica {{!}} ANSA.it|sito=www.ansa.it|accesso=2024-05-17}}</ref>
*nel 2024 viene testato Aurora, creando 86,4 miliardi di modi (modalità temporali dei fotoni) in due ore. Aurora è un sistema ''[[scalabilità|scalabile]] a 12 qubit composto da quattro [[rack]] modulari, che includono 35 chip fotonici collegati tramite 13 km di fibra ottica.''<ref>{{Cita pubblicazione|nome=H.|cognome=Aghaee Rad|nome2=T.|cognome2=Ainsworth|nome3=R. N.|cognome3=Alexander|data=2025-01-22|titolo=Scaling and networking a modular photonic quantum computer|rivista=Nature|pp=1-8|lingua=en|accesso=2025-01-29|doi=10.1038/s41586-024-08406-9|url=https://www.nature.com/articles/s41586-024-08406-9}}</ref><ref>{{Cita web|lingua=it-it|autore=HDblog.it|url=https://www.hdblog.it/tecnologia/articoli/n606845/aurora-computer-quantistico-fotonico/|titolo=Aurora: il primo computer quantistico fotonico scalabile e connesso al mondo|sito=HDblog.it|data=2025-01-28|accesso=2025-01-29}}</ref>
* Nel febbraio 2025 viene attivato a Tokyo il primo computer quantistico ibrido al mondo, che combina un computer quantistico a 20 qubit con Fugaku, il sesto [[supercomputer]] più veloci del pianeta.<ref>{{Cita web|lingua=it-it|autore=HDblog.it|url=https://www.hdblog.it/hardware/articoli/n609342/reimei-supercomputer-quantistico-giappone/|titolo=Giappone: al via Reimei, il primo supercomputer ibrido quantistico al mondo|sito=HDblog.it|data=2025-02-19|accesso=2025-02-20|urlarchivio =https://archive.is/wip/XukVy|dataarchivio =20 febbraio 2025 |urlmorto =no}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.riken.jp/en/news_pubs/news/2025/20250212_1/index.html|titolo=New quantum computer on the Wako campus {{!}} RIKEN|sito=www.riken.jp|accesso=2025-02-20}}</ref><ref>{{Cita web|lingua=en|url=https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuums-reimei-quantum-computer-now-fully-operational-at-riken-ushering-in-a-new-era-of-hybrid-quantum-high-performance-computing|titolo=Quantinuum’s “Reimei” Quantum Computer Now Fully Operational at RIKEN, Ushering in a New Era of Hybrid Quantum High-Performance Computing|sito=www.quantinuum.com|accesso=2025-02-20}}</ref>
*luglio 2025 : pubblicato un paper relativo al primo chip in silicio che integra elettronica, fotonica e fonti di luce quantistica e che è ottenuto con un processo standard CMOS a 45 nanometri.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Danielius|cognome=Kramnik|nome2=Imbert|cognome2=Wang|nome3=Anirudh|cognome3=Ramesh|data=2025-07|titolo=Scalable feedback stabilization of quantum light sources on a CMOS chip|rivista=Nature Electronics|volume=8|numero=7|pp=620–630|lingua=en|accesso=2025-07-27|doi=10.1038/s41928-025-01410-5|url=https://www.nature.com/articles/s41928-025-01410-5}}</ref><ref>{{Cita web|lingua=it-IT|url=https://www.hwupgrade.it/news/scienza-tecnologia/primo-chip-quantistico-con-elettronica-e-fotonica-integrata-verso-la-produzione-su-scala-industriale_141450.html|titolo=Primo chip quantistico con elettronica e fotonica integrata: verso la produzione su scala industriale|sito=Hardware Upgrade|accesso=2025-07-27}}</ref>
Nonostante alcune connessioni dei computer quantistici con l'ambito delle comunicazioni quantistiche relative ad esempio al possibile impiego di fotoni per collegare stati tra computer quantistici situati in località distinte, non si deve confondere il campo dei computer quantistici con quello della crittografia quantistica per le comunicazioni, rappresentato ad esempio dal satellite cinese Micius, il primo a consentire una comunicazione quantistica via satellite.<ref>{{Cita web|url=https://it.insideover.com/politica/la-corsa-al-computer-quantistico-tocca-gli-stati-uniti-la-cina.html|titolo=La corsa al computer quantistico che tocca gli Stati Uniti e la Cina|data=3 febbraio 2019|accesso=3 novembre 2019}}</ref>
=== Innovazioni ===
* Nel 2001 la [[IBM]], all'[[Almaden Research Center]], in cui opera un gruppo coordinato da [[Isaac Chuang]], crea un elaboratore quantistico a 7 [[qubit]] (Composto da una sola molecola con 7 [[spin]] nucleari).
* Nel 2005 dei fisici dell'[[University of Arizona]] sono riusciti a misurare direttamente le variazioni subite dalla lunghezza d'onda di un atomo a contatto con una superficie.
* Nel febbraio 2005 viene realizzata, per la prima volta, una [[correlazione quantistica]] fra [[atomi artificiali]].
* Nel dicembre del 2005 viene creato dagli scienziati dell'istituto di [[ottica quantistica]] ed [[informatica quantistica]] dell'[[Università di Innsbruck]] (in [[Austria]]) il primo [[qubyte]] (8 qubit).
* I ricercatori dell'[[Università di Harvard]] e il [[Georgia Institute of Technology]] riescono a trasferire informazione quantistica tra diversi tipi di memorie quantistiche, da atomi a fotoni e viceversa.
* Nel 2006 [[Peter Zoller]], dell'[[Università di Innsbruck]], scopre un metodo su come usare molecole polari criogeniche per rendere stabili le memorie quantistiche.
* Ricercatori giapponesi sviluppano un metodo per contare singoli elettroni.
* Il 13 febbraio 2007 la [[D-Wave Systems]] mostra pubblicamente l'Orion, quello che si ritiene il primo computer quantistico adiabatico a 16 qubit.<ref>{{Cita web|url=https://www.fantascienza.com/9057/orion-il-computer-quantistico-fa-un-salto-avanti|titolo=Orion: il computer quantistico fa un salto avanti!|autore=Giovanni De Matteo|accesso=3 novembre 2019}}</ref>
* Nell'aprile 2008 ricercatori dell'[[Università dello Utah]] con a capo Ajay Nahata dimostrano la possibilità di creare una porta logica quantica mediante una fibra ottica a raggi T.<ref>{{Cita web|url=https://www.punto-informatico.it/un-computer-a-raggi-t/|titolo=Un computer a raggi T|data=15 aprile 2008|accesso=3 novembre 2019}}</ref>
* Nel 2009 viene costruito il primo processore che sfrutta 2 qubit.
* L'11 maggio 2011 la D-Wave Systems annuncia il [[D-Wave Systems|D-Wave One]], elaboratore a 128 qubit, che risulta essere il primo computer quantistico ad essere commercializzato.<ref>{{Cita web|url=http://www.ampletech.net/news/10038/d-wave-annuncia-il-primo-computer-quantistico/|titolo=D-Wave annuncia il primo computer quantistico|accesso=19 maggio 2011|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110522170258/http://www.ampletech.net/news/10038/d-wave-annuncia-il-primo-computer-quantistico/|urlmorto=sì}}</ref>
* In aprile 2012 gli scienziati del [[Max Planck Institute]], istituto di ottica quantistica, riescono a creare la prima rete quantica funzionante.
* Nel maggio 2013 [[Google]] e [[NASA]] presentano il [[D-Wave Two]], nel Quantum Artificial Intelligence Lab, in California.
* Nel febbraio 2016 [[IBM]] mette a disposizione pubblicamente l'elaboratore [[IBM Quantum Experience]],<ref name="A">{{Cita web|url=https://www.research.ibm.com/quantum/|titolo=IBM Research Quantum Experience|data=11 febbraio 2016|accesso=12 settembre 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160927160441/http://www.research.ibm.com/quantum/|urlmorto=sì}}</ref> il primo computer quantistico in modalità cloud con un processore a 5 [[qubit]].
* A metà 2017 [[IBM]] mette a disposizione via cloud, tramite [[IBM Quantum Experience]],<ref name="A" /> processori quantistici a 16 e 20 [[qubit]].
* Nel marzo 2018 [[Google Quantum AI Lab]]<ref>{{Cita news|lingua=en|url=https://research.googleblog.com/2018/03/a-preview-of-bristlecone-googles-new.html|titolo=A Preview of Bristlecone, Google’s New Quantum Processor|pubblicazione=Research Blog|accesso=6 marzo 2018}}</ref>, presenta il nuovo processore [[Bristlecone]] a 72 [[qubit]].
*L'8 gennaio 2019 IBM annuncia al [[Consumer Electronics Show|CES]] il primo quantum computer per uso commerciale "IBM System Q One" e la piattaforma "IBM Q Network" per uso scientifico e commerciale.
*A gennaio 2020, IBM annuncia il [[Quantum Volume]] maggiore mai ottenuto, pari a 32, su un processore quantistico a 28 qubit, confermando il trend di raddoppio annuale della potenza dei suoi computer quantistici.
*2020, aprile - QuTech lancia Quantum Inspire, il primo processore quantistico basato su "spin qubits" controllati dalla tecnologia [[Lock-in amplifier|lock-in]].<ref>{{Cita web|url=https://www.zhinst.com/europe/it/applications/quantum-technologies/spin-based-quantum-computing|titolo=Computazione quantistica basata sui qubit di spin|accesso=12 agosto 2021}}</ref>
==
Per decenni l'aumento della potenza dei computer è andato di pari passo con la miniaturizzazione dei [[circuito elettronico|circuiti elettronici]], fenomeno codificato empiricamente nella [[legge di Moore]]: la densità dei [[transistor]] su un [[microchip]] e la relativa velocità di calcolo raddoppiano ogni 18 mesi. La miniaturizzazione dei componenti però si è fermata alle soglie della meccanica quantistica, rendendo impossibile aumentare ulteriormente la densità dei transistor e la riduzione delle dimensioni dei [[Circuito integrato|circuiti integrati]] (accorgimenti fino ad oggi adottati per incrementare le prestazioni di calcolo dei microprocessori). Con una felice intuizione dell'[[informatica teorica]], la meccanica quantistica è stata trasformata in un'opportunità per realizzare macchine con una potenza di calcolo enormemente superiore ai computer convenzionali: i ''computer quantistici''.
Al posto dei convenzionali [[bit]] – unità d'informazione binaria, indicate convenzionalmente con le cifre 0 e 1 e codificate dai due stati "aperto" e "chiuso" di un interruttore – nel computer quantistico si usano i [[qubit]], elementi base dell'informazione quantistica codificati dallo stato quantistico in cui si trova una [[Particella (fisica)|particella]] o un [[atomo]]. Lo [[spin]] di una particella, per esempio, ha due stati che possono codificare [[informazione|informazioni]] binarie. A rendere interessanti, ai fini del calcolo, le particelle atomiche e subatomiche è il fatto che possono esistere anche in una [[sovrapposizione di stati]], ampliando enormemente le possibilità di codifica delle informazioni, quindi permettendo di affrontare problemi estremamente complessi.
Tuttavia, né la manipolazione controllata di atomi e particelle, né la loro reciproca comunicazione né, infine, la stesura di [[algoritmo|algoritmi]] adatti, sono obiettivi facili da raggiungere, per cui la strada per realizzare un computer quantistico è appena agli inizi.<ref>{{Cita web|url=http://www.lescienze.it/news/2014/06/20/news/d-wave_quantum_speed-up_verifica-2186534/|titolo=D-wave Two, il computer quantistico poco quantistico|data=20 giugno 2014}}</ref> Sono note alcune decine di algoritmi quantistici che si suddividono tra algoritmi algebrici e di teoria dei numeri, algoritmi oracolari, e algoritmi di approssimazione e simulazione.<ref>{{Cita web|url=https://math.nist.gov/quantum/zoo/|titolo=Raccolta di Algoritmi presso il NIST|accesso=22 gennaio 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20180725005208/https://math.nist.gov/quantum/zoo/|urlmorto=sì}}</ref>
===Concetti di base===
Nella maggior parte dei modelli di computazione classica,<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Gadouleau|nome=Maximilien|cognome2=Riis|nome2=Søren|data=gennaio 2015|titolo=Memoryless computation: New results, constructions, and extensions|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304397514007300|rivista=Theoretical Computer Science|volume=562|pp=129-145|doi=10.1016/j.tcs.2014.09.040}}</ref> il computer ha accesso alla [[Memoria (informatica)|memoria]]. Questo è un sistema che si può trovare in uno di un insieme finito di stati, ognuno dei quali è fisicamente distinto. Spesso è conveniente rappresentare lo stato di questa memoria come una stringa di simboli o, più semplicemente, come stringa di 0 e 1. In questo scenario, l'unità fondamentale della memoria è chiamata [[bit]] e possiamo misurare la "grandezza" della memoria in termini del numero di bit necessari a rappresentare appieno lo stato della memoria.
Se la memoria soddisfa le leggi della fisica quantistica, lo stato della memoria potrebbe essere trovato in una sovrapposizione quantistica di diversi possibili stati "classici". Se gli stati classici sono rappresentati da una stringa di bit, la memoria quantistica può essere trovata in una qualsiasi sovrapposizione delle possibili stringhe di bit. Nello scenario quantistico, l'unità fondamentale della memoria è chiamata [[qubit]].
La proprietà che definisce un computer quantistico è l'abilità di trasformare gli stati di memoria classici in stati di memoria quantistici, e viceversa. Questo è in contrasto con i computer classici nel senso che sono progettati per effettuare computazioni con memoria che non devia mai da valori precisamente definiti. Per rendere chiaro questo punto, si consideri che l'informazione è solitamente trasmessa attraverso il computer come un segnale elettrico che può variare tra due valori definiti di [[tensione elettrica|tensione]]. Se si inserisse un segnale a una tensione diversa da quelle due, il comportamento dei computer sarebbe indefinito.
Naturalmente, alla fine siamo "esseri classici" e possiamo osservare solo stati classici. Ciò significa che il computer quantistico deve completare il proprio calcolo dando un output classico. Per produrre questi output classici, il computer quantistico è forzato a misurare parti della memoria a vari momenti durante la computazione. Il processo di misura è intrinsecamente probabilistico, il che significa che l'output di un algoritmo quantistico è spesso casuale. Il compito di un progettista di algoritmi quantistici è assicurarsi che la casualità sia adatta ai requisiti del problema in questione. Per esempio, se il computer quantistico sta cercando, in un database quantistico, uno tra molti oggetti segnati, possiamo chiedere al computer di dare in output uno qualunque degli oggetti segnati. Il computer quantistico riesce nel compito a patto che sia improbabile dare in output un oggetto non segnato.
=== Operazioni quantistiche ===
Il modello prevalente di computazione quantistica descrive la computazione in termini di una rete di [[Porta quantistica|porte logiche quantistiche]]. Ciò che segue è una breve trattazione della materia basata sul capitolo 4 del libro di Nielsen e Chuang.<ref>{{Cita libro|titolo=Quantum Computation and Quantum Information (10th Anniversary Edition)|autore1= Michael A. Nielsen|autore2=Isaac L. Chuang|url=http://ebooks.cambridge.org/ref/id/CBO9780511976667|editore=Cambridge University Press|anno=2010 (Print Publication Year); June 2012 (Online Publication Date)|lingua=en|ISBN= 9780511976667|doi=10.1017/CBO9780511976667|accesso=5 dicembre 2023|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20141220234710/http://ebooks.cambridge.org/ebook.jsf?bid=CBO9780511976667|urlmorto=sì}}</ref>
Si può rappresentare lo stato di una memoria informatica come un vettore di lunghezza uguale al numero degli stati di memoria possibili. Quindi una memoria costituita da <math display="inline">n</math> bit di informazione ha <math display="inline">2^n</math> stati possibili, e il vettore che rappresenta quello stato di memoria ha <math display="inline">2^n</math> entrate. Dal punto di vista classico, solo una delle entrate vale uno e tutte le altre zero. Il vettore dovrebbe essere visto come un vettore di probabilità e rappresenta il fatto che la memoria si trova in uno stato particolare con il 100% di probabilità (cioè una probabilità di uno).
In meccanica quantistica, i vettori di probabilità vengono generalizzati a [[Operatore densità|operatori densità]]. Questo è il fondamento matematico rigoroso per le porte quantistiche, ma il formalismo dei vettori degli stati quantistici di solito viene introdotto prima perché è concettualmente semplice. In questa voce verrà trattato solo il formalismo dei vettori degli stati quantistici.
Si comincia considerando una memoria semplice costituita da un singolo bit. Questa memoria può essere trovata in uno dei due stati: lo stato zero o lo stato uno. Lo stato di una memoria a singolo qubit si può rappresentare usando la [[notazione di Dirac]] nel modo seguente:
:<math>
|0\rangle := \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix};\quad
|1\rangle := \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \end{pmatrix}
</math>
Una memoria quantistica può essere trovata in una qualsiasi sovrapposizione <math display="inline">|\psi\rangle</math> dei due stati classici <math display="inline">|0\rangle</math> e <math display="inline">|1\rangle</math>:
:<math>
|\psi\rangle := \alpha\,|0\rangle + \beta\,|1\rangle
= \begin{pmatrix} \alpha \\ \beta \end{pmatrix};\quad
|\alpha|^2 + |\beta|^2 = 1.
</math>
In generale, i coefficienti <math display="inline">\alpha</math> e <math display="inline">\beta</math> sono [[Numero complesso|numeri complessi]]. In questo scenario, si dice che un [[qubit]] di informazione è codificato nella memoria quantistica. Lo stato <math display="inline">|\psi\rangle</math> non è esso stesso un vettore di probabilità ma può essere connesso con un vettore di probabilità tramite un'operazione di misura. Se si sceglie di misurare la memoria per determinare se lo stato è <math display="inline">|0\rangle</math> o <math display="inline">|1\rangle</math> (questo si chiama misura in base computazionale), si osserverebbe lo stato zero con probabilità <math display="inline">|\alpha|^2</math> e lo stato uno con probabilità <math display="inline">|\beta|^2</math>. Si veda la voce sull'[[ampiezza di probabilità]].
Per manipolare lo stato di questa memoria a un qubit, immaginiamo di applicare delle porte quantistiche analoghe alle [[Porta logica|porte logiche classiche]]. Una porta ovvia è la porta NOT, che può essere rappresentato da una [[matrice]]
:<math>X := \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}.</math>
L'applicazione formale di questa porta logica su un vettore di stato quantistico viene effettuata tramite la [[moltiplicazione di matrici]]. Pertanto si ha <math display="inline">X|0\rangle = |1\rangle</math> e <math display="inline">X|1\rangle = |0\rangle</math> come previsto. Ma questa non è l'unica porta logica interessante per un singolo qubit. Altre due porte possibili sono, ad esempio, le altre due [[matrici di Pauli]].
Le porte a singolo qubit possono operare su memorie a molti qubit in due importanti modi. Un modo è semplicemente selezionare un qubit e applicare quella porta al qubit bersaglio e lasciare il resto della memoria intatto. Un altro è applicare la porta al bersaglio solo se un'altra parte della memoria è in un determinato stato. Illustriamolo con un altro esempio.
Si consideri una memoria a due qubit. Gli stati possibili sono
:<math>
|00\rangle := \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix};\quad
|01\rangle := \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix};\quad
|10\rangle := \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix};\quad
|11\rangle := \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}.
</math>
Si può allora definire la [[porta NOT controllata]] (CNOT) con la seguente matrice:
:<math>
\mathrm{CNOT} :=
\begin{pmatrix}
1 & 0 & 0 & 0 \\
0 & 1 & 0 & 0 \\
0 & 0 & 0 & 1 \\
0 & 0 & 1 & 0
\end{pmatrix}.
</math>
È facile verificare che <math display="inline">\operatorname{CNOT}|00\rangle = |00\rangle</math>, <math display="inline">\operatorname{CNOT}|01\rangle = |01\rangle</math>, <math display="inline">\operatorname{CNOT}|10\rangle = |11\rangle</math>, e <math display="inline">\operatorname{CNOT}|11\rangle = |10\rangle</math>. In altre parole, la CNOT applica una porta NOT (la <math display="inline">X</math> di prima) al secondo qubit se e solo se il primo qubit è nello stato <math display="inline">|1\rangle</math>. Se il primo qubit è <math display="inline">|0\rangle</math>,non viene fatto niente a nessuno dei qubit.
Per riassumere, la computazione quantistica può essere descritta come una rete di porte quantistiche e misure. Si può sempre "posporre" la misura alla fine di una computazione quantistica, anche se questo può avere un costo computazionale, secondo alcuni modelli. A causa della possibilità di posporre la misura la maggior parte dei circuiti quantistici è raffigurata da una rete costituita solo da porte logiche quantistiche e nessuna misura.
Si può rappresentare una qualsiasi computazione quantistica come una rete di porte da una famiglia abbastanza piccola di porte. Una scelta di famiglia di porte che permette questa costruzione è chiamata insieme universale di porte. Un insieme comune comprende tutte le porte a singolo qubit e la porta CNOT. Questo significa che una qualsiasi computazione quantistica può essere effettuata eseguendo una sequenza di porte a singolo qubit insieme a porte CNOT. Sebbene questo insieme di porte sia infinito, può essere sostituito da un insieme finito, facendo appello al teorema di Solovay-Kitaev.
== Note ==
<references />
== Bibliografia ==
*{{cita libro|capitolo=I computer quantistici|autore=Enrico Prati|titolo=Mente artificiale|anno=2017|editore=EGEA|città=Milano}}
*{{Cita libro|autore=Giuliano Benenti|autore2=Giulio Casati|autore3=Simone Montangero|titolo=Il computer impossibile. Come il calcolatore quantistico cambierà il mondo|anno=2025|editore=Raffaello Cortina|città=Milano}}
== Voci correlate ==
* [[Algoritmo quantistico]]
* [[Informatica quantistica]]
* [[Nanotecnologia]]
* [[Fotonica]]
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* [[Correlazione quantistica]]
* [[Punto quantico]]
* [[Seth Lloyd]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto|preposizione=sul|wikt=computer quantistico}}
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{cita web|autore= [[Nicola Nosengo]]|titolo= La lenta marcia del computer quantistico|url= http://www.treccani.it/magazine/piazza_enciclopedia_magazine/tecnologia/il_computer_quantistico_si_avvicina.html|editore= Treccani.it|anno= 2012|mese= marzo|giorno= 9|accesso= 17 giugno 2021|urlarchivio= https://archive.is/20130413131107/http://www.treccani.it/magazine/piazza_enciclopedia_magazine/tecnologia/il_computer_quantistico_si_avvicina.html?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=pem}}
*[https://www.zhinst.com/europe/it/applications/quantum-technologies/quantum-feedback-measurements Misure di feedback quantistico] da [https://www.zhinst.com/europe/it Zurich Instruments AG]
{{Meccanica quantistica}}
{{Tecnologie emergenti}}
{{Controllo di autorità}}
{{Portale|fisica|informatica}}
[[Categoria:Informatica quantistica]]
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