Immaginate di poter codificare informazioni nelle più piccole particelle dell’universo, manipolando la realtà stessa a livello quantistico! È proprio questo l’incredibile campo di studio della teoria dell’informazione quantistica, una disciplina rivoluzionaria che sta ridefinendo i confini tra fisica, informatica e teoria dell’informazione.
A differenza dei bit classici, che possono essere solo 0 o 1, i qubit – i bit quantistici – possono esistere in una sovrapposizione di stati, aprendo possibilità che sembrano uscite dalla fantascienza. Pensate: un singolo qubit può contenere contemporaneamente più informazioni, grazie alle misteriose leggi della meccanica quantistica!
Ma la vera magia accade quando consideriamo l’entanglement quantistico, un fenomeno straordinario che Einstein chiamava “azione spettrale a distanza”. Due o più particelle possono essere intrecciate in modo tale che lo stato di una influenza istantaneamente l’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. È come se l’universo ci stesse sussurrando i suoi segreti più profondi!
Le applicazioni pratiche sono semplicemente strabilianti. La crittografia quantistica promette comunicazioni assolutamente inviolabili, mentre i computer quantistici potrebbero risolvere in pochi secondi problemi che richiederebbero millenni ai computer tradizionali. Immaginate di poter simulare perfettamente le interazioni molecolari per sviluppare nuovi farmaci, o di ottimizzare sistemi complessi in modo impossibile con le tecnologie attuali.
La bellezza di questa teoria risiede nella sua elegante fusione tra il mondo dell’informazione e quello quantistico. Ogni esperimento, ogni calcolo, ogni nuovo risultato ci avvicina sempre più a comprendere come l’universo stesso processa e conserva le informazioni a livello fondamentale.
Siamo solo all’inizio di questa avventura scientifica. Mentre i ricercatori continuano a esplorare le frontiere di questa disciplina, emergono continuamente nuove scoperte che sfidano la nostra comprensione della realtà. La teoria dell’informazione quantistica non è solo una rivoluzione tecnologica: è una finestra su alcuni dei misteri più profondi dell’universo.
In questo momento storico, stiamo assistendo alla nascita di una nuova era dell’informazione, dove le leggi della meccanica quantistica ci permetteranno di manipolare e processare i dati in modi prima inimmaginabili. È un futuro che promette di essere tanto entusiasmante quanto rivoluzionario!
I computer quantistici si basano sull’idea di codificare il valore di un bit in una proprietà di una particella elementare. Come esempio banale e non realistico, potremmo supporre che se una particella gira in senso orario, il valore del bit è 1 e se gira in senso antiorario il valore è 0 (in realtà il valore 0 o 1 è assegnato ad una caratteristica quantistica della particella). Pertanto, invece di avere correnti e tensioni elettriche a codificare il valore del bit all’interno delle CPU, abbiamo particelle elementari, ognuna con il valore di un bit. Un bit codificato in una particella elementare viene chiamato “bit quantico”, in breve qubit, e le operazioni in queste CPU quantistiche vengono eseguite trasformando lo stato delle particelle elementari.
Molte aziende del calibro di Google, IBM e Microsoft hanno investito la loro ricerca in questo ambito. Ad Ottobre 2019 Google ha annunciato di aver raggiunto la “Quantum Supremacy” ovvero di essere stato in grado di eseguire un calcolo sul proprio elaboratore quantistico a 54 qubit in 200 secondi con un algoritmo quantistico mentre il corrispondente algoritmo classico avrebbe impiegato probabilmente almeno 10.000 anni sugli elaboratori Classici più potenti oggi esistenti. Simili risultati sono stati annunciati anche da IBM.
I nuovi algoritmi post-quantum saranno disponibili dopo il 2024 e implementati e distribuiti per il 2030.
Quello da fare ancora da parte dei ricercatori è verificare che questi algoritmi siano sicuri non solo dal punto di vista post-quantico ma anche dal punto di vista di un algoritmo tradizionale di crittografia non quantistica. Sarebbe, quindi insolito se un algoritmo post-quantum (molto costoso dal punto) si scoprisse una falla rispetto ad attacchi effettuati con elaboratori Classici e si fosse obbligati a sostituirlo in tempi rapidi.
