Cos'è qubit?

Qubit: Il Bit Quantistico

Un qubit (quantum bit) è l'unità di base dell'informazione quantistica. A differenza di un bit classico, che può rappresentare solo 0 o 1, un qubit può esistere in una sovrapposizione di entrambi gli stati 0 e 1 simultaneamente. Questo è uno dei concetti fondamentali che consentono ai computer quantistici di eseguire calcoli che sono inattuabili per i computer classici.

Ecco alcune caratteristiche chiave dei qubit:

• Sovrapposizione: Come accennato, un qubit può essere in una combinazione lineare di 0 e 1, rappresentata matematicamente come α|0⟩ + β|1⟩, dove α e β sono numeri complessi tali che |α|² + |β|² = 1. |α|² rappresenta la probabilità di misurare il qubit nello stato |0⟩, e |β|² rappresenta la probabilità di misurarlo nello stato |1⟩.

• Entanglement: Due o più qubit possono essere entangled, il che significa che i loro stati sono correlati in modo tale che la misurazione dello stato di un qubit influenza istantaneamente lo stato dell'altro, indipendentemente dalla distanza che li separa. L'entanglement è cruciale per molti algoritmi quantistici.

• Misurazione: Quando un qubit viene misurato, la sua sovrapposizione collassa in uno stato definito, sia |0⟩ che |1⟩. La probabilità di ottenere |0⟩ o |1⟩ è determinata dai coefficienti α e β della sovrapposizione.

• De-coerenza: I qubit sono estremamente sensibili alle perturbazioni ambientali (calore, radiazioni elettromagnetiche, ecc.). Queste perturbazioni possono causare la de-coerenza, che distrugge la sovrapposizione quantistica e porta alla perdita di informazioni. Mantenere la coerenza dei qubit è una delle principali sfide nell'ingegneria dei computer quantistici.

• Realizzazioni fisiche: I qubit possono essere realizzati utilizzando diverse tecnologie, tra cui:

  • Superconduttori: Circuiti superconduttori che mostrano comportamento quantistico.
  • Ioni intrappolati: Ioni individuali tenuti in sospeso da campi elettromagnetici.
  • Punti quantici: Nanocristalli semiconduttori che intrappolano elettroni.
  • Qubit topologici: Qubit che sono intrinsecamente più resistenti alla de-coerenza.

I qubit sono alla base della potenza dei computer quantistici, permettendo loro di risolvere problemi complessi che sono intrattabili per i computer classici, in ambiti come la chimica quantistica, la scoperta di farmaci, l'ottimizzazione e la crittografia. Lo sviluppo di qubit stabili e scalabili è un'area di ricerca attiva e in rapida evoluzione.