2. Cosa sono?
Qubit è la contrazione di quantum bit, termine coniato per indicare il bit
quantistico ovvero l'unità di informazione quantistica. Così come il bit è il quanto
di informazione della computazione classica , ovvero la più piccola porzione in cui
una qualsiasi informazione codificata può essere scomposta, la computazione
quantistica si basa su un concetto analogo: il quantum bit. Al pari del bit, il qubit è
un oggetto matematico con sue specifiche proprietà. Il vantaggio nel trattare i
qubit come entità astratte risiede nella libertà di costruire una teoria generale della
computazione quantistica che non dipende dagli specifici sistemi utilizzati per la
sua realizzazione.
3. La meccanica quantistica e i suoi
postulati
Il concetto di qubit si basa sulla meccanica quantistica e sui suoi postulati:
1) ad ogni sistema quanto-meccanico isolato è associato uno spazio. Il sistema è
completamente descritto dal suo vettore di stato che è un vettore unitario
appartenente allo spazio degli stati.
2) L'evoluzione di un sistema quanto-meccanico isolato è descritto da una
trasformazione unitaria.
3) Le misurazioni di un sistema quanto-meccanico sono descritte da una collezione di
operatori agenti sullo spazio degli stati del sistema oggetto di misurazione.
4) Lo spazio degli stati di un sistema quanto-meccanico composto è il prodotto
tensoriale degli spazi degli stati dei sistemi componenti.
4. Le proprietà del qubit
In accordo col primo postulato, un qubit è rappresentato da un vettore unitario e
come il bit classico ammette due stati, cioè lo stato (0) e (1). Nel caso quantistico,
non è possibile esaminare un qubit per determinarne il suo stato, cioè per
determinare i due coefficienti a e b. Il terzo postulato ci dice che è possibile
acquisire una quantità più limitata di informazioni relative allo stato quantistico.
Quando misuriamo lo stato di un qubit possiamo ottenere lo|0> con una
probabilità di a² o l’ |1> con probabilità b². Quindi l'esito della misurazione dello
stato di un qubit può essere soltanto |0>oppure |1>, ciò vuol dire che dalla
misurazione di un qubit, è possibile ottenere la stessa quantità di informazione
rappresentabile con un bit classico.
5. Sovrapposizione e rappresentazione
La natura continua dello stato del qubit non è l’unica caratteristica che lo distingue
dal bit. Una combinazione di più qubit è soggetta ad una caratteristica chiamata
entanglement, termine di cui una buona traduzione potrebbe essere "legatura": in
condizione di entanglement, due qubit perdono la loro natura individuale per
assumere un’unità di coppia. In tale condizione lo stato di un qubit influenza lo
stato dell'altro e viceversa.
Il quibit essendo un punto di uno spazio vettoriale bidimensionale a coefficienti
complessi, avrebbe quattro gradi di libertà, ma alcune condizioni li riducono a 2.
Dunque un qubit può essere rappresentato come punto sulla superficie di una
sfera di raggio unitario.
6.
7. Informatica quantistica
L’informatica quantistica è la branca di studi che si concentra sullo sviluppo di una
tecnologia informatica basata sulla teoria dei quanti. In questo modo sarà possibile
sviluppare computer che, seguendo i principi della fisica quantistica, abbiano
un’enorme capacità di calcolo. Alla base del funzionamento dei computer
quantistici troviamo il qubit.
Se applicato all’informatica quantistica, il principio di sovrapposizione
(entanglement), stabilisce che il qubit può assumere contemporaneamente i due
stati del bit “classico” e valere “0” e “1” allo stesso tempo. Le particelle che hanno
interagito in passato conservano comunque una connessione tra loro e ciò
permette di trasferire informazioni da un capo all’altro del sistema in maniera
praticamente istantanea (non a caso si parla di teletrasporto quantico).
8. Problemi
Un problema è rappresentato dalle interferenze. Il computer quantistico deve
essere perfettamente isolato da qualsiasi interferenza per non avere un collasso
nella fase di calcolo. Inoltre all’interno di questo sistema è molto difficile intervenire
per la correzione di alcuni errori. In più vista la fragilità dell’insieme anche il
recupero di dati in uscita dopo una fase di calcolo può mettere a rischio i dati
stessi.
