Computer
quantistico parte 2:
Nelle due precedenti puntate abbiamo
visto brevemente cos'è un computer quantistico e quali incredibili
traguardi si possono raggiungere grazie al calcolo quantistico.
In questa terza (ed ultima) puntata scorreremo brevemente le tappe
fondamentali della storia del calcolo quantistico.
Primi anni del 1900: Albert Einstein, Max Plank,
Enrico Fermi, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Louis de Broglie
ed altri diedero vita alla teoria che prende il nome di "fisica
quantistica".
1936: Birkhoff e Von Neumann pubblicano l'articolo "The Logic
of Quantum Mechanics". L'idea di fondo fu quella di far vedere
come il formalismo matematico della meccanica quantistica potesse
ispirare un nuovo tipo di logica.
1940: Shannon e Warren Weaver presentano un primo tentativo di definire
la Teoria dell'Informazione (classica) nel loro articolo "The
Mathematical Theory of Communications".
1948: Shannon pubblica il suo lavoro che segna ufficialmente la
nascita della Teoria dell'Informazione (classica).
1973: Alexander Holevo pubblica un articolo che pone le prime basi
della Quantum Information Theory.
1976: Un matematico polacco, Roman Ingarden, in uno dei primi tentativi
di creare una teoria quantistica dell'informazione, mostra che la
teoria dell'informazione classica di Shannon non può essere
generalizzata al caso quantistico, ma viceversa, è possibile
costruire una teoria quantistica dell'informazione che può
essere una generalizzazione della teoria classica di Shannon.
1981: Richard Feynman nel suo discorso alla "First Conference
on the Physics of Computation" tenutosi al MIT, osservò
che sembrava impossibile in generale simulare l'evoluzione di un
sistema quantistico su un computer tradizionale. Ma in questa occasione
Feynmann uscì con un suo classico colpo di genio. Al posto
di vedere questa come una limitazione o un problema, egli ribaltò
la situazione, vedendola come una opportunità. Egli fece
notare che se è necessaria una enorme quantità di
computazione per simulare quello che accade in un esperimento di
interferenza fra particelle, allora il fatto stesso di preparare
l'esperimento e misurare il risultato è computazione.
1985: David Deutsch, all'Università di Oxford, descrive il
primo computer quantistico (ovviamente solo teorico). Come una qualsiasi
macchina di Turing (un modello astratto di computer) può
simulare un qualsiasi computer tradizionale, così il computer
quantistico di Deutsch può simulare una qualsiasi computazione
quantistica. Questa affermazione sollevò la speranza che
con un semplice meccanismo (quantistico) si potesse eseguire molti
differenti algoritmi quantistici.
1993: Dan Simon, alla "Universite de Montreal", inventò
un problema teorico per il quale un computer quantistico sarebbe
stato esponenzialmente più veloce di un computer tradizionale.
Questo algoritmo introdusse le idee principali che furono poi alla
base dell'algoritmo di fattorizzazione di Shor.
1994: Peter Shor, presso gli AT&T's Bell Labs nel New Jersey,
scoprì un algoritmo sorprendente. L'algoritmo di Shor consente
ad un computer quantistico di scomporre facilmente nei suoi fattori
primi numeri interi, anche enormi. Si capì subito che questo
algoritmo avrebbe potuto essere utilizzato per violare la stragrande
maggioranza delle attuali chiavi di sicurezza. Questa scoperta innescò
un fortissimo interesse verso il calcolo quantistico che prima era
quasi solo ambito di fisici e ricercatori informatici.
1995: Shor propone il primo schema per la correzione degli errori
in un computer quantistico. La correzione degli errori è
indispensabile per poter creare un computer che lavori con un numero
elevato di qbit. Purtroppo non è ancora disponibile un sistema
che corregga gli errori generati dal processo di correzione. Un'alternativa
potrebbe essere l'utilizzo di speciali stati che sono immuni dall'errore,
ovviamente molto più complessi da gestire (come al solito
nessuno regala nulla).
1996: Lov Grover, dei Bell Labs, inventa l'algoritmo di ricerca
quantistico per i database (vedi puntata precedente).
1997: David Cory, A.F. Fahmy e Timothy Havel, contemporaneamente
a Neil Gershenfeld e Isaac Chuang del MIT pubblicano un articolo
nel quale per la prima volta viene proposto un computer fatto da
una singola molecola che memorizza i suoi qbit nello spin dei suoi
protoni e neutroni.
In un bicchiere d'acqua ci possono essere miliardi e miliardi di
molecole d'acqua. Questo bicchiere, posizionato in una macchina
per la risonanza magnetica (simile a quelle utilizzate negli ospedali)
avrebbe un enorme quantità di ridondanza, che consentirebbe
al sistema di mantenere coerenza quantistica per migliaia di secondi,
risultato estremamente migliore di molti altri modelli proposti.
1998: viene realizzato il primo computer quantistico a 2-qubit,
dimostrato presso l'University of California a Berkeley.
1999: viene realizzato il primo computer quantistico a 3-qubit,
dimostrato presso l'IBM Almaden Research Center.
2000: viene realizzato il primo computer quantistico a 5-qubit,
dimostrato presso l'IBM Almaden Research Center. Viene effettuato
per la prima volta il calcolo di una parte importante dell'algoritmo
di Shor.
2001: viene realizzato il primo computer quantistico a 7-qubit,
dimostrato sempre presso l'IBM. Prima esecuzione integrale dell'algoritmo
di Shor. Viene fattorializzato il numero 15 utilizzando 1018 molecole
identiche ognuna contenente 7 atomi.
2001-oggi: in molte università di tutto il mondo e in molti
centri di ricerca privati sono allo studio le applicazioni reali
di quanto è stato già dimostrato su carta essere fattibile
tramite un computer quantistico. Dovranno comunque passare ancora
almeno 10 anni prima di vedere una applicazione reale raggiungere
qualche oggetto della nostra vita di tutti i giorni e prima di vedere
i computer quantistici entrare nelle nostra quotidianità
come hanno fatto ormai i computer tradizionali. Per approfondire:
http://www.qubit.org.
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