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L’informatica quantistica si basa sui principi della meccanica quantistica, la branca della fisica che spiega il comportamento delle particelle a livello atomico e subatomico. I concetti chiave includono la quantizzazione dell'energia, la dualità onda-particella, il principio di indeterminazione di Heisenberg e il principio di corrispondenza, che garantisce che le nuove teorie rimangano coerenti con la fisica classica.
A differenza dei bit classici che rappresentano 0 o 1, i bit quantistici (qubit) possono esistere in una sovrapposizione di entrambi gli stati contemporaneamente. Ciò consente a un processore quantistico con molti qubit di esplorare un vasto numero di possibili soluzioni in parallelo. L'entanglement quantistico, ciò che Einstein descrisse come "inquietante azione a distanza", consente ai qubit di influenzarsi a vicenda istantaneamente, anche quando fisicamente separati, eliminando la necessità di cavi tra qubit distanti.
A causa della loro straordinaria velocità, i computer quantistici potrebbero violare i moderni schemi di crittografia e compromettere la sicurezza informatica. Tuttavia, se sfruttati in modo responsabile, promettono progressi nell’intelligenza artificiale, nella scienza dei materiali, nella tecnologia energetica e nella logistica. Ad esempio, le simulazioni quantistiche potrebbero progettare celle solari più efficienti, ottimizzare le batterie dei veicoli elettrici e semplificare il flusso del traffico.
Gli attuali sistemi quantistici non possono ancora duplicare o archiviare in modo permanente le informazioni sui qubit. I ricercatori stanno esplorando supporti di memorizzazione alternativi, compreso il DNA. Nel 2017, un team ha dimostrato che un singolo grammo di DNA potrebbe codificare circa 215 milioni di gigabyte di dati, superando di gran lunga la capacità di archiviazione bidimensionale convenzionale e offrendo un supporto compatto e durevole.
I leader del settore stanno correndo per costruire la prossima generazione di processori. IBM offre accesso quantistico basato su cloud, consentendo ai ricercatori di tutto il mondo di sperimentare. Microsoft sta integrando le capacità quantistiche in Visual Studio, con particolare attenzione ai fermioni di Majorana, mentre Google mira a raggiungere la “supremazia quantistica” superando i supercomputer di oggi. Nonostante i rapidi progressi, le macchine quantistiche pratiche appariranno per la prima volta nei laboratori di ricerca e nei think tank; La disponibilità commerciale diffusa è probabilmente ancora lontana tra diversi anni.
