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Informatica Quantistica

L’informatica quantistica è l’insieme delle tecniche di calcolo e del loro studio che utilizzano

i quanti per memorizzare ed elaborare le informazioni. Molte sono le differenze con l’in-
formatica classica, soprattutto nei principi fondamentali.

La macchina di Turing (MT) utilizza gli assiomi della fisica classica, ossia lo stato del nastro

e della testina sono sempre univocamente identificabili, gli spostamenti sono sempre re-
golati dalle leggi del moto. Quindi la MT è totalmente deterministica (MTD). Una sua va-
riante, che si dimostra equivalente ma più veloce, è la macchina di Turing probabilistica

(MTP). Può risolvere ogni problema che è possibile risolvere tramite la MTD, ma di solito
lo fa più velocemente. Anch’essa, però, è soggetta agli assiomi della fisica classica, e so-
prattutto nessuna delle due è reversibile, per il secondo principio della termodinamica.

Dato che la meccanica quantistica è reversibile, una macchina di Turing quantistica (MTQ)
deve essere reversibile. Inoltre deve rispettare i vincoli della meccanica quantistica, tra cui
il principio di indeterminazione di Heisenberg e l’equazione di Schrödinger. Lo sviluppo di

una MTQ, e quindi di un calcolatore quantistico, ha richiesto diversi passaggi. Nel 1982
Richard Feynman pubblicò il suo famoso lavoro sul computer quantistico. In esso, stabilisce
che:

1.Una MTD può simulare un sistema quantistico solo con un rallentamento esponenziale

(nel senso della teoria della complessità algoritmica).

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2.Un computer basato sui qubit non è soggetto a tale limitazione, ed è dunque un simu-
latore quantistico universale.

Per definire il qubit è indispensabile introdurre innanzi tutto il concetto nuovo di quanto
di informazione, cioè la più piccola porzione in cui una qualsiasi informazione codificata
può essere scomposta; è quindi l’unità di misura dell’informazione codificata. Così come il

bit è il quanto di informazione della computazione classica, la computazione quantistica si
basa su un concetto analogo: il quantum bit.

I concetti relativi alla computazione quantistica e, in particolare, il concetto di qubit si ba-

sano sulla meccanica quantistica. Mentre il bit classico è immaginabile come una moneta
che, una volta lanciata, cadrà a terra mostrando inesorabilmente una delle due facce, il
qubit è immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra continuando
a ruotare su sé stessa senza arrestarsi fino a che qualcuno non la schiacci con una mano

bloccandone la rotazione e obbligandola finalmente a mostrare una delle sue facce. Nel

428 Qubit, contrazione di quantum bit, è il termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico ovvero l’unità
di informazione quantistica.
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