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Computer quantistici: realtà di un prossimo futuro o pura fantascienza? Fabio Ortolani 12/04/19 Fabio Ortolani 1
Computer quantistici:realtà di un prossimo futuro o pura fantascienza?
Fabio Ortolani
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Era dell’informazione
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Nasce una nuove scienza: Informatica (Computer Science)
1936 – Alan Turing
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1945 – Konrad Zuse e lo Z4 1951 - Univac I
1964 - Pier Giorgio Perotto e la Perottina
1981 – IBM 5150
Commercializzazione
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Invenzione del transistor (1947)
Bardeen, Shockley, Brattain
Circuiti integrati (1958)Jack Kilby, Robert Noyce
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World Wide Web (1989)
Sir Tim Berners-Lee
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«Il numero di transistor nei circuiti integrati raddoppia ogni due anni»
Gordon Moore
Legge di Moore (1965)
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I processori convenzionali (Intel o AMD) sono essenzialmente dei calcolatori che seguono regole logiche per cambiare velocemente milioni di piccoli interruttori elettronici tra due posizioni: spento o acceso.
Bit
= 89
Byte
1=
0=
Qubit
1 0 0 101 1 100
Bit e Qubit
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«Nature isn't classical, dammit, and if you want to make a simulationof nature, you'd better make it quantum mechanical, and by golly, it'sa wonderful problem because it doesn't look so easy» Richard Feynman (1981)
David Deutsch nel 1985 descrive un modello teorico di computer quantistico universale, una macchina di Turing quantistica universale.
Peter Shor nel 1994 inventa un algoritmo quantistico efficiente per rompere i maggiori sistemi di crittografia usati attualmente.
Idea di Computer Quantistico
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= ! + "
|!|$ + |"|$ = 1
Principio di sovrapposizione
Misura
“Non posso credere nemmeno per
un attimo” diceva Einstein “ che Dio
giochi a dadi!”
“Piantala di dire a Dio che cosa fare
con i suoi dadi.” rispondeva Bohr.
&' = |!|$ &) = |"|$
|Cat> = )$|Dead> +
)$ |Live>
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1
0
10
11
0
0 ! +#+ $ +%
+ 12
12
Entanglement
Einstein:“spooky action at a distance”
|0 >
|1 >
|2 >
|3 >
Sistemi di qubit
Qubyte
=
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00 10 1101 yx
= " + #
Teletrasporto quantistico (1993)
Alice Bob
Entangled
" + # =
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Potenzialità
Crittografia (sicurezza)
Decodifica delle chiavi crittografiche attuali.Sicurezza delle trasmisssioni quantiche.
No-cloning theorem.Chiave crittografica quantistica
Ricerca di informazione in un databaseAlgoritmo di Grover
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Simulazione di sistemi quantisticiI progressi in chimica e nanotecnologie richiedono la comprensione accurata di sistemi quantistici impossibili da studiare in maniera efficiente con i computer tradizionali.
Intelligenza artificialeI complessi algoritmi alla base dell’Intelligenza Artificiale potrebbero ricevere un impulso decisivo dalle prestazioni di un computer quantistico.
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Difficoltà da superare (Criteri di DiVincenzo)
1) Scalabilità e qubitben definiti.
2) Possibilità di inizializzare lo stato dei qubit.
David DiVincenzo
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3) Tempi di coerenza abbastanza lunghi.
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4) Un set universale di gate quantistici.
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5) Possibilità di leggere selettivamente i qubit.
6) Possibilità di convertire i qubit stazionari in qubit volanti.7) Possibilità di trasmettere qubit volanti.
Infine, per creare collegamenti tra computer quantistici:
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D-Wave (2011) $ 10 000
000
Il primo computer con 5 qubit viene realizzato all’Università di Monaco nel 2000.
Realizzazione di computer quantistici
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Google Quantum AI Lab
Bristlecone 72 qubit (2018)
Cosa fanno i giganti tecnologici?
Intel Tangle Lake 49 qubit (2018)
IBM Q System One (2019)
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Linguaggio Q# (Q sharp)
Superconduttori topologiciTopological quantum computing
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Rigetti Computers (2013)
Chad Rigetti
Nuovi soggetti in gara
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Graphene Computing
Alternative?
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Computer ottici
Optoelettronica
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Bio Computing
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“That’s the one part of Microsoft, where they put up slides that I truly do notunderstand. I know a lot of physics and a lot of math. But the one place where theyput up slides and it is hieroglyphics, it’s quantum.” – Bill Gates
Conclusione
Grazie per l’attenzione
Confusione, ma va bene lo stesso.
