La ricerca di questi ultimi anni sta percorrendo strade molto particolari,
nel campo dell’elettronica orientata all’elaborazione dei dati.
Una è quella di usare direttamente molecole, invece di ridurre le
strutture fisiche degli attuali transistor a livello di pochi atomi.
In altre parole si stanno cercando delle molecole che si comportino e
possano esser usate come i transistor tradizionali.
L’altra branca invece è molto più astratta e si basa su fenomeni
fisici molto più esotici che sfidano il senso comune. Ossia sul
comportamento delle particelle sub-atomiche e fa riferimento alla
meccanica quantistica. Come citato dall’autore della domanda, il primo
che suggerì la possibilità di costruire computer che usino una fisica
completamente diversa da quella classica fu Feynman, che propose un
modello matematico per il calcolo quantistico.
Quando si lavora con i sistemi quantistici si deve far uso delle equazioni
di Schrödinger con le quali è possibile determinare gli stati del sistema
e quindi la sua evoluzione.
Una volta stabilito come si evolve, il passo seguente per la
realizzazione di un tale sistema è mettere insieme degli strumenti
per influenzarlo e quindi determinare la sua evoluzione nel verso da
noi voluto. Insomma niente di eccezionalmente diverso da un sistema
elettronico tradizionale. Il problema all’epoca di Feynman era che non
si avevano strumenti adeguati per realizzare apparecchi di questo tipo,
e tutt’ora non ne abbiano molti, anche se la ricerca sta progredendo.
La vera grande differenza tra un sistema elettronico-digitale odierno
e uno quantistico, sta nell’unità di base per le informazioni, che
passerebbe dal bit al qu-bit. I sistemi odierni hanno delle celle di
memoria che sotto forma di tensioni elettriche rappresentano i due stati
dei bit (0 e 1). In un sistema quantistico l’informazione è registrata
tramite lo stato di particelle sub-atomiche e in particolare in base al
loro spin.
Lo spin può essere positivo o negativo, per cui ritorniamo sempre ad uno
stato binario, ma questa volta i due stati non si escludono a vicenda,
ma si sovrappongono, e coesistono entrambi nello stesso momento.
In base a particolari misurazioni si possono estrarre entrambi gli stati.
Per spiegare come applicare una tale situazione per la soluzione di
problemi, si ricorre spesso al problema della fattorizzazione di un
numero n.
Per prima cosa si costruiscono due registri con un numero sufficiente
di qu-bit. Si carica il primo dei due registri con una sovrapposizione
di ingressi che rappresentino tutti gli interi compresi fra 0 e radice
quadrata di n e il secondo con una sovrapposizione di ingressi che
rappresentino tutti gli interi compresi fra 0 e n. Si lascia evolvere il
sistema in modo che esso esegua in parallelismo quantistico i prodotti
di tutte le coppie.
Alla fine si arriva al vero problema, che essendo gli stati dei qu-bit
soprapposti, avremmo la sovrapposizione della soluzione e anche di tutte
le non soluzioni.
Per ottenere la soluzione dovremmo far interferire tra loro le
non-soluzioni annullandole e la fattibilità di questa operazione è
stata dimostrata.
Con questo si è dimostrato che è possibile fare dei calcoli con sistemi
quantistici, ma i computer odierni fanno molto di più e i registri
necessari devono essere molto più numerosi di due per ottenere
funzionalità paragonabili. E qui nasce l’altro problema, ossia la
comunicazione delle informazioni tra i vari registri.
Una tecnica molto interessante è quella che sfrutta un fenomeno fisico
ancora misterioso, ma dimostrato sperimentalmente, quello che permette di
correlare lo stato di due particelle sub-atomiche. In ambiente scientifico
questa correlazione viene chiamata entaglement, e permette qualcosa di
fantascientifico se non fosse stato dimostrato nella realtà. Ossia dalla
comunicazione di informazione ad una velocità infinita.
Ricorrendo sempre ai nostri cari elettroni. Quello che si osserva
sperimentalmente, è che mettendoli in relazione
e poi separandoli
ad una distanza arbitraria, si osserva che alterando lo spin di uno dei
due, nello stesso istante cambia anche lo spin dell’altro.
Questo fenomeno sembra infrangere il limite della velocità della
luce imposto dalla relatività di Einstein, perché in un tempo nullo
un’informazione riesce a spostarsi da una particella all’altra. Questo
meccanismo permetterebbe di realizzare connessioni infinite senza
tutti i problemi relativi ai collegamenti fisici. Tanto per essere
chiari uno dei problemi più assillanti dell’elettronica moderna dei
microprocessori è quello delle connessioni tra i vari circuiti che
necessitano di spazio fisico e possono generare capacità parassite o
surriscaldamento. Sfruttanto l’entanglement i dispositivi quantici posso
essere disposti in qualsiasi modo anche in tre dimensioni, e non ci
sarebbero più collegamenti fisici ingombranti e difficili da realizzare.
Tornando alla domanda si può dire che, essendo i computer quantici o
quantistici basati sulla manipolazione degli spin delle particelle ed
essendo i dispositivi spintronici dei dispositivi che manipolano proprio
lo spin delle particelle, si può concludere che i computer quantici
sono composti da dispositivi spintronici, per cui parlare di computer
spintronici e quantistici è la stessa cosa.
Ma c’è una bella differenza con quello proposto da Feyman, che non era
altro che un semplice modello di calcolo basato sullo stato quantistico
degli spin. Come dire l’idea per il funzionamento di uno dei pezzi di
base di un computer quantistico, niente di più.
Link utili:
http://www.mondodigitale.net/Rivista/03_numero_uno/quantum_computing.pdf
http://qubit.plh.af.mil/Papers/pdf/QCPM2000yepez.pdf
http://www.nature.com/news/2004/040712/pf/040712-11_pf.html
http://www.nanoxchange.com/NewsEducation.asp?ID=300
Oppure si possono ottenere risposte interessanti con un motore di ricerca, usando le chiavi:
Feynman, quantum, computer.