Spiegazione della supremazia quantistica

Nella nostra esperienza quotidiana, il mondo è misurabile al 100%, deterministico e indipendente dall’osservatore. Il bicchiere o è sul tavolo integro, oppure è sul pavimento in frantumi, indipendentemente da quando o anche se lo misuri o lo osservi. Le tre biglie nella tua borsa sono definitivamente colorate di rosso, verde e blu, e non importa come agiti la borsa o per quanto tempo, la biglia rossa rimane rossa, la biglia verde rimane verde e la biglia blu rimane blu. E se guardi quella moneta che in qualche modo è caduta sul tuo comodino molto tempo fa, si comporterà sempre come se “testa” o “croce” fosse rivolta verso l'alto, mai come se fosse in parte testa e in parte croce, contemporaneamente, allo stesso tempo. .

Ma nell’Universo quantistico non è necessariamente così. Un atomo radioattivo che rimane inosservato esisterà in una sovrapposizione di stati “decaduto” e “non decaduto” finché non verrà effettuata quella misurazione critica. I tre quark di valenza che compongono il tuo protone possono avere tutti un colore definitivo ogni volta che li misuri, ma è garantito che esattamente il colore che osservi non sarà costante nel tempo. E se spari molti elettroni, uno alla volta, attraverso una doppia fenditura e non misuri quale fessura attraversa, lo schema che vedi indicherà che ciascun elettrone è passato attraverso entrambe le fenditure contemporaneamente.

Questa differenza, tra il sistema classico e quello quantistico, ha portato a rivoluzioni sia scientifiche che tecnologiche. Un campo che sta emergendo solo ora è quello dell’informatica quantistica, che porta con sé l’affascinante nozione di supremazia quantistica, ma genera anche una vasta serie di affermazioni dubbie e disinformazione. Ecco una spiegazione sulla supremazia quantistica e sullo stato attuale dei computer quantistici per aiutarti a separare i fatti dalla finzione.

Cominciamo con un'idea che probabilmente ti è familiare: la nozione di computer di tutti i giorni, noto anche come computer classico. Sebbene le macchine e i dispositivi di calcolo esistessero da molto tempo, ben prima del XX secolo, è stato Alan Turing a darci l'idea moderna di un computer classico sotto forma di quella che oggi è conosciuta come macchina di Turing.

La versione semplice di una macchina di Turing è che puoi codificare qualsiasi tipo di informazione tu voglia in bit: o componenti binari (con solo due opzioni) che, ad esempio, potrebbero essere rappresentati da 0 e 1. Puoi quindi applicare una serie di operazioni successive a quei bit (ad esempio, operazioni come "AND", "OR", "NOT" e molte altre) nell'ordine corretto per eseguire qualsiasi tipo di calcolo arbitrario che avevi in mente.

Alcuni di questi calcoli saranno facili da codificare e facili da eseguire per il computer: richiedono solo un piccolo numero di bit, un piccolo numero di operazioni e un tempo molto breve per calcolarli tutti. Altri saranno difficili: difficili da codificare, computazionalmente costosi da eseguire per il computer e potenzialmente richiederanno un gran numero di bit, un gran numero di operazioni e lunghi tempi di elaborazione. Indipendentemente dal calcolo desiderato, tuttavia, se è possibile progettare un algoritmo, o metodo, per eseguire con successo qualsiasi attività computazionale, è possibile programmarlo in un computer classico. Alla fine, datogli abbastanza tempo, il tuo computer completerà il programma e ti fornirà i risultati.

Tuttavia, c'è una differenza fondamentale tra questo tipo di "computer classico" (che funziona esclusivamente con bit classici e operazioni classiche) che abbiamo appena descritto e un "computer quantistico", dove quest'ultimo è stato puramente un costrutto teorico per molti decenni. Invece dei bit regolari, che sono sempre in uno stato noto come "0" o "1" senza eccezioni, indipendentemente da come o anche se li misuri o meno, i computer quantistici utilizzano i cosiddetti qubit, o bit quantistici. analogo dei bit.

Sebbene i qubit possano assumere gli stessi valori che possono assumere i bit classici - "0" o "1" in questo caso - possono anche fare cose come esistere in uno stato intermedio che è una sovrapposizione di "0" e "1" simultaneamente. Possono essere a metà strada tra il 100% "0" e il 100% "1" in qualsiasi quantità che sommi al 100% in totale, e la quantità di "0" e la quantità di "1" posseduta da un qubit possono cambiano sia come risultato di operazioni eseguite sul qubit sia anche per semplice evoluzione temporale.