Proviamo il computer quantistico di IBM!

IBM ha lanciato il suo programmfa IBM Quantum Experience!

Noi di Close-up Engineering ci siamo subito iscritti e IBM ci ha gentilmente accettati!

In questo articolo-tutorial composto da 6 parti, vedremo:

Parte 1: Come funziona un computer quantistico

Parte 2: L’algebra del qubit e le operazioni base

Parte 3: Proviamo il computer quantistico di IBM

Parte 4: Sistemi di qubit, gates ed entangled state

Parte 5: Potenziamo il computer quantistico di IBM!

Parte 6: Algoritmi Quantistici

Il progetto di IBM

Per accedere al computer quantistico, clicca sul link qui sotto!

LINK REGISTRAZIONE

Invece, il progetto che esploreremo è ben riassunto in questo video di IBM:

Come funziona un computer quantistico:

piccole basi di quantistica

Della quantistica si è già parlato tantissimo, molte volte male, poche volte bene:

molto spesso la quantistica è stata sfruttata da mistici dei giorni nostri che, gonfiandone i pochi concetti che sono riusciti a comprendere e decontestualizzandoli, hanno creato vere e proprie micro-religioni con cui guadagnare sfruttando l’ignoranza e la superstizione.

La fisica quantistica non ha niente a che vedere con tutto ciò, anzi, proprio il nome “fisica” e “quantistica” dovrebbero farci comprendere che l’ignoranza e la superstizione vadano messe proprio da parte, e che sia il caso di prendere in mano i libri con cui studiarla.

La difficoltà nel comprendere un computer quantistico, e in generale la fisica quantistica, sembra risiedere nelle poche e semplici, ma contro-intuitive, regole. La matematica implicata in un computer quantistico in realtà non è che di poco più complessa di quella studiata alle superiori o al primo anno di università. (In un computer quantistico, non nella fisica quantistica, dove risulta più complessa)

Queste contro-intuitive regole sono principalmente due:

1) Un sistema fisico in uno stato perfettamente definito può comunque comportarsi in modo casuale.

2) Due sistemi fisici che sono abbastanza lontani da non potersi influenzare possono comunque comportarsi casualmente se presi individualmente, ma essere correlati se considerati insieme.

Una volta assimilati questi concetti, il tutto diventa realmente semplice. Come spiega IBM, la fisica quantistica alla base di un computer quantistico è pedagogicamente simile alla teoria della relatività: parte da semplici idee contro-intuitive che degenerano in una teoria che può sembrare complessa proprio perché contro-intuitiva.

I qubit

Un qubit è rappresentato da un vettore di dimensione 2 e modulo 1.

Ci sono 2 qubit base ortogonali:

\(|0\rangle =\begin{pmatrix}1\\0\end{pmatrix}\) (ground state)

\(|1\rangle =\begin{pmatrix}0\\1\end{pmatrix}\) (excited state)

Un qubit non deve per forza essere in uno stato di \(|0\rangle\) o \(|1\rangle\) ma può essere anche in uno stato di sovrapposizione (superposition) del tipo:

$$|\psi\rangle=\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle$$

Dove il modulo rimane 1, quindi:

$$|\alpha|^2+|\beta|^2=1$$

Altri qubit standard in sovrapposizione sono quindi:

$$|+\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}$$

$$|-\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\-1\end{pmatrix}$$

$$|\circlearrowright\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\i\end{pmatrix}$$

$$|\circlearrowleft\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\-i\end{pmatrix}$$

La peculiarità di questi qubit in sovrapposizione è nella loro misurazione:

se per esempio abbiamo un qubit \(|\psi\rangle=\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle\) , quando lo misureremo risulterà essere \(|0\rangle\) con una probabilità \(\|alpha|^2\) e \(|1\rangle\) con una probabilità \(\|beta|^2\) .

Un sistema di due qubit può esistere in uno stato di prodotto, ad esempio:

$$|00\rangle$$

$$|0+\rangle$$

Oppure in uno stato di Entangled:

$$(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$$

L’Entangled implica che i due qubit misurati separatamente sono in uno stato indeterminato, mentre assieme sono in uno stato determinato.

Cosa me ne faccio dei qubit?

Partendo dal presupposto che il ground state \(|0\rangle\) è il qubit primario da cui si ricavano gli altri, nella Parte 2 chiarificheremo come si elaborano i qubit e quindi come si ricavano tutti gli altri qubit sopra elencati, per iniziare a immagazzinare informazioni.



