Con lespressione Quantum Computing si fa riferimento alle prospettive di applicazione della fisica quantistica nel campo delle macchine per il calcolo automatico. Sono molte le aspettative riposte in questo ambito e altrettante sono le problematiche che ancora attendono una soluzione definitiva.
I paradossi della fisica quantistica sembrano riservare grandi opportunit alle macchine informatiche. Consideriamo ad esempio il principio di sovrapposizione in base al quale oggetti di dimensioni microscopiche possono permanere in uno stato bivalente non definito; cerchiamo di capire come passare dal gatto di Schrdinger ad applicazioni concrete nel campo digitale.
Quando ci si sforza di trovare esempi nella quotidianit che aiutino a capire e spiegare le peculiarit della fisica atomica, si corre sempre il rischio di incappare in grossolani errori che riducono e banalizzano la realt dei fatti.
Nel caso del principio di sovrapposizione sono state ideate diverse similitudini allo scopo di rendere il concetto pi comprensibile e uno degli esempi pi riusciti , senza dubbio, quello della moneta che si usa nel gioco Testa o Croce. Prima di posarsi sul piano verso il quale destinata a precipitare, proprio mentre essa ruota in aria, il suo stato indefinito, continua cio ad oscillare in un stato di sovrapposizione Testa/Croce.Come gi detto, ogni esempio che miri a spiegare i paradossi quantistici con oggetti quotidiani, risulter sempre una forzatura: la fase di rotazione della moneta, infatti, non unefficace analogia del principio di sovrapposizione, in quanto mentre la moneta ruota, le sue due facce rimangono distinte e separate. Nel caso di una particella, invece, lo stato di sovrapposizione a tutti gli effetti una condizione di completa coesistenza di stati diversi, indistinguibili e indeterminabili se non allatto della misura vera e propria.
A questo punto appare inevitabile che, qualora si desse vita a una struttura di informazione di tipo quantistico, sarebbe necessario rigettare anche la classica schematizzazione del bit inteso come rappresentazione binaria mutuamente esclusiva. Se per creare informazioni elementari si passasse ad usare stati fisici quali lo spin di un elettrone o la polarizzazione di un fotone, la definizione di bit dovrebbe cedere il posto ad una pi ricca definizione di qubit.
Cerchiamo di capire con semplici esempi quali grandi opportunit scaturirebbero da quanto detto. Poich lelettrone pu trovarsi in uno stato indefinito, cio in una sovrapposizione di stati che possiamo rappresentare tramite i simboli tipici della fisica quantistica, cio ?(Spin su) e ?(Spin gi), allora attribuendo allo stato ? (Spin su) il valore binario 0 e allo stato ? (Spin gi) il valore binario 1, si perverr alla conclusione che il sistema elettrone si trova in uno stato che rappresenta la sovrapposizione dellinformazione 0 e dellinformazione 1.
Estendiamo adesso il ragionamento immaginando di costruire un registro costituito da due elettroni, i cui stati stabili di spin saranno quattro (??, ??, ??, ??), corrispondenti ai quattro stati binari (00, 01, 10, 11). Laddove il registro non si trovi in uno stato definito, ma in sovrapposizione di stati, si dovr necessariamente concludere che il sistema costituito da una coppia di elettroni si trover in uno stato che rappresenta tutte le possibili sovrapposizioni degli stati delle coppie, cio 00, 01, 10, 11. In conclusione, in un registro a due celle, possono convivere in stato di sovrapposizione tutti e quattro gli stati indicati perci, mentre per registrare i quattro valori indicati nel sistema binario classico occorrerebbero quattro registri a due celle, in un sistema quantistico i quattro valori indicati sono contenibili in un solo registro a due celle.
Domenico Signorelli
