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ELETTRONICA OGGI 505- OTTOBRE 2022 38 TECH FOCUS QUANTUM COMPUTING rispetto ai primi computer che erano enormi, costosi e consumavano più energia. Tutto ciò diventa possibile grazie ai miglioramenti dell’architettura, dei componenti hardware e del software in esecuzione su di essi. I circuiti elettronici utilizzati nei computer stanno diventando sempre più piccoli di giorno in giorno. Il circuito integrato (IC) è stato realizzato collegando migliaia di transistor insieme in un’unica superficie di silicio. La forma dei circuiti in un circuito integrato è stata stampata insieme in tutti gli strati di silicio contemporaneamente. Questo processo richiede la stessa quantità di tempo anche se il numero di transistor nel circuito è stato aumentato. Il costo di produzione dell’IC è stato deciso dalla dimensione del silicio e non dal numero di transistor. Ciò ha ridotto il prezzo dei prodotti a causa del quale è aumentata la produzione e la vendita di IC e quindi anche i vantaggi e le vendite. Dall’idea di collegare insieme singoli transistor per realizzare Gate logici e, infine, collegare insieme questi Gate logici utilizzati per essere collegati in un unico circuito integrato, al giorno d’oggi, un singolo circuito integrato può anche integrare piccoli computer su di esso. Intel , nei primi anni 60 scoprì che il numero di transistor su un chip di microprocessore al silicio veniva prodotto il doppio ogni anno, mentre i prezzi erano stati ridotti della metà dalla loro invenzione. Questa è nota come legge di Moore. La legge di Moore è notevole perché significa che i computer diventano più piccoli e veloci nel tempo. Ora gli effetti positivi di questa legge stanno diminuendo e, di conseguenza, il tasso di miglioramento nei computer classici non è più come prima. Questo porta all’idea di ottenere il computer più piccolo riducendo la dimensione del circuito fino alla dimensione di un atomo. Ma questi circuiti “atomici” non saranno in grado di fungere da circuiti switching poiché gli elettroni all’interno di un atomo dotati di una certa energia possono diventare invisibili da un lato di una barriera di potenziale elettrico e apparire su un altro lato della barriera, cioè possono esistere in più di un luogo contemporaneamente. Ciò è dovuto ai fenomeni della meccanica quantistica chiamati “Quantum Tunneling”. Per spiegare il fenomeno del Quantum Tunneling, si consideri una particella con energia E nella regione interna di un campo elettrico di potenziale unidimensionale (barriera di potenziale) V(x). Nella meccanica classica, se E < V, la particella viene respinta dalla barriera di potenziale V. Se E > V, la particella fuoriesce attraversando la barriera. Nella meccanica quantistica il fenomeno non è così lineare, la particella può sfuggire anche se la sua energia E è inferiore all’altezza della barriera V, sebbene la probabilità di fuga sia piccola a meno che E non sia prossima a V. In tal caso, la particella può attraversare la barriera di potenziale ed emergere con la stessa energia E. In figura 1 viene descritto schematicamente questo fenomeno della fisica quantistica confrontato con quello della fisica classica. Quindi, nel computer classico la dimensione minima dei circuiti dopo circa 5 nanometri ha raggiunto il limite. La meccanica quantistica è il più grande cambiamento nella fisica. Pertanto, è necessario un nuovo diverso modo di calcolo rispetto all’attuale calcolo classico , basato su alcune informazioni fisiche piuttosto che su circuiti. Dal momento che i fenomeni quantistici stanno sollevando più vincoli sulla progettazione dei computer, cambiano gli elementi costitutivi di base di un computer, non solo hardware, ma anche nuovo software e livelli di astrazione per facilitare ai progettisti la creazione e lo sfruttamento di questi sistemi, anche se le loro complessità scalano nel tempo. Inoltre, anche la progettazione dei componenti hardware deve essere regolata dalle proprietà quantistiche. Fig. 1 – Il fenomeno del Quantum Tunneling (abyss.uoregon.edu)