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ELETTRONICA OGGI 505- OTTOBRE 2022 40 TECH FOCUS QUANTUM COMPUTING Il computer quantistico adotta una tecnica diversa, invece di usare bit classici, il funzionamento è basato proprio sul fenomeno quantistico, ossia utilizza bit quantistici analoghi ai bit classici e hanno due stati quantistici che possono essere 0 o 1 tranne per il fatto che segue alcune proprietà quantistiche in cui si possono avere entrambi i valori contemporaneamente conducendo ciò ad un concetto di bit sovrapposti. Analizziamo il concetto di bit I transistorsonoiblocchidi costruzionefondamentaliper un circuito integrato in cui sono collegati tramite fili in un circuito. La comunicazione tra i transistor all’interno di un circuito integrato avviene tramite segnali elettrici. Il comportamento dei segnali è di natura analogica. Pertanto, i loro valori sono numeri reali che cambiano gradualmente tra 0 e 1. Questi segnali elettrici possono anche interagire con l’ambiente provocando rumore. Pertanto, una piccola variazione da 0 a 0,1 dovuta alla temperatura o alle vibrazioni dell’ambiente può modificaredrasticamente il comportamentodel sistema. Nell’ambiente sono presenti due tipi di rumore. Il primo tipo di rumore deriva da instabilità energetiche che si verificano improvvisamente all’interno dell’oggetto, come un valore di temperatura sopra lo zero assoluto Kelvin. Altri tipi di rumore sono le conseguenze delle interazioni del segnale. Questo tipo di rumore potrebbe essere corretto. Ma nessuno dei due è stato progettato, corretto o forse lasciato intenzionalmente non corretto a livello hardware. Sono di natura sistematica. Per superare questi rumori nei circuiti analogici, l’IC è costruito con transistor inmodo tale da poter funzionare su segnali digitali (bit binari) anziché su segnali analogici. Questi circuiti sono chiamati “Porte logiche”. Percepiscono i segnali elettrici contenenti valori di numeri reali come una cifra binaria o “bit” 0 (bassa tensione) o 1 (alta tensione). I registri sono un altro tipo di Porte che memorizzano un bit o il numero di bit presenti in un valore di input da elaborare ulteriormente. I gate possono rimuovere il rumore da un segnale limitando l’insieme di valori che un segnale può contenere. La costruzione di circuiti integrati utilizzando porte logiche anziché transistor semplifica la progettazione creando un circuito potente che non è sensibile ai problemi di progettazione e fabbricazione e facilita l’astrazione per i progettisti in modo che possano concentrarsi solo sulle funzioni di gate (funzioni booleane) anziché sui problemi del circuito. Le funzioni booleane sono definite dalle regole dell’algebra booleana. Inoltre, si possono utilizzare strumenti di progettazione automatizzato per mappare le porte logiche richieste. Una libreria standard contenente una serie di porte logiche testate è integrata nel design del chip di silicio con l’aiuto della tecnologia di produzione. È possibile ottenere tassi di errore trascurabili utilizzando la logica digitale e le librerie standard. Questo aiuta a rendere il design robusto. Inoltre, i dati vengono codificati aggiungendo alcuni bit ridondanti nella memoria utilizzando un codice di correzione degli errori. Questo codice viene controllato a intervalli regolari per rilevare l’errore. Anche altri tool come test e debug possono aiutare a cercare gli errori. Il Bit Quantistico o Qubit Il Qubit è l’unità fondamentale dell’informazione quantistica che rappresenta le particelle subatomiche come atomi, elettroni, ecc. come memoria di un computer, mentre i loro meccanismi di controllo funzionano come il processore di un computer. Può assumere il valore di 0, 1 o entrambi contemporaneamente. Il computer quantistico che utilizza i suoi Qubits, è un milione di volte più potente dei supercomputer più potenti di oggi. La produzione e la gestione dei Qubits sono sfide enormi nel campo dell’ingegneria. Acquisiscono sia la natura digitale che quella analogica che conferisce al computer quantistico la potenza di calcolo. La loro natura analogica indica che le porte quantistiche non hanno limiti di rumore e la loro natura digitale rappresenta una risorsa per evitare i problemi di rumore. Qubit ha due stati quantistici simili ai classici stati binari, ma può trovarsi in entrambi gli stati e nello stato sovrapposto di entrambi gli stati contemporaneamente. Esiste una rappresentazione di questi stati quantistici nota anche come notazione di Dirac. Fig. 2 - Processore quantistico Sycamore (Wikipedia)