Gli scienziati dell'Università di Linköping hanno mostrato come funziona davvero un computer quantistico e sono riusciti a simulare le proprietà di un computer quantistico in un computer classico. "I nostri risultati dovrebbero essere altamente significativi nel determinare come costruire computer quantistici, " dice il professor Jan-Åke Larsson.

Il sogno di computer quantistici superveloci e potenti è stato nuovamente messo a fuoco, e grandi risorse sono state investite nella ricerca in Svezia, Europa e mondo. Un computer quantistico svedese deve essere costruito entro dieci anni, e l'UE ha designato la tecnologia quantistica uno dei suoi progetti faro. Al momento, sono disponibili pochi algoritmi utili per i computer quantistici, ma si prevede che la tecnologia sarà estremamente significativa nelle simulazioni di fattori biologici, sistemi chimici e fisici troppo complicati anche per i computer più potenti attualmente disponibili. Un bit in un computer può assumere solo il valore uno o zero, ma un bit quantico può assumere tutti i valori intermedi. In poche parole, ciò significa che i computer quantistici non devono eseguire tante operazioni per ogni calcolo che eseguono.

Due gradi di libertà

Il professor Jan-Åke Larsson e il suo dottorando Niklas Johansson, nella Divisione Codifica dell'Informazione presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Università di Linköping, hanno fatto i conti con ciò che accade in un computer quantistico e perché è più potente di un computer classico. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Entropy.

"Abbiamo dimostrato che la principale differenza è che i computer quantistici hanno due gradi di libertà per ogni bit. Simulando un ulteriore grado di libertà in un computer classico, possiamo eseguire alcuni degli algoritmi alla stessa velocità che raggiungerebbero in un computer quantistico, " dice Jan-Åke Larsson.

Hanno costruito uno strumento di simulazione, Logica di simulazione quantistica, QSL, che consente loro di simulare il funzionamento di un computer quantistico in un computer classico. Lo strumento di simulazione contiene uno, e solo uno, proprietà che un computer quantistico ha che un computer classico non ha:un grado di libertà in più per ogni bit che fa parte del calcolo.

"Così, ogni bit ha due gradi di libertà:può essere paragonato a un sistema meccanico in cui ogni parte ha due gradi di libertà:posizione e velocità. In questo caso, ci occupiamo di bit di calcolo, che trasportano informazioni sul risultato della funzione, e bit di fase, che trasportano informazioni sulla struttura della funzione, " spiega Jan-Åke Larsson.

Algoritmi quantistici

Hanno utilizzato lo strumento di simulazione per studiare alcuni degli algoritmi quantistici che gestiscono la struttura della funzione. Molti degli algoritmi vengono eseguiti nella simulazione alla stessa velocità di un computer quantistico.

"Il risultato mostra che la maggiore velocità nei computer quantistici deriva dalla loro capacità di memorizzare, elaborare e recuperare informazioni in un ulteriore grado di libertà che trasporta informazioni. Questo ci consente di capire meglio come funzionano i computer quantistici. Anche, questa conoscenza dovrebbe rendere più facile costruire computer quantistici, poiché sappiamo quale proprietà è più importante affinché il computer quantistico funzioni come previsto, " dice Jan-Åke Larsson.

Jan-Åke Larsson e i suoi collaboratori hanno anche integrato le loro simulazioni teoriche con una versione fisica costruita con componenti elettronici. Le porte sono simili a quelle utilizzate nei computer quantistici, e il toolkit simula il funzionamento di un computer quantistico. Con il suo aiuto studenti, Per esempio, può simulare e capire come funzionano la crittografia quantistica e il teletrasporto quantistico, e anche alcuni dei più comuni algoritmi di calcolo quantistico, come l'algoritmo di Shor per la fattorizzazione. (L'algoritmo funziona nella versione corrente della simulazione ma è ugualmente veloce o lento come nei computer classici).