Computer Quantistico IBM Programmare Provare

Proviamo il computer quantistico di IBM!
IBM ha lanciato il suo programmfa IBM Quantum Experience!
Noi di Close-up Engineering ci siamo subito iscritti e IBM ci ha gentilmente accettati!
In questo articolo-tutorial composto da 6 parti, vedremo:

Parte 1: Come funziona un computer quantistico Parte 2: L’algebra del qubit e le operazioni base Parte 3: Proviamo il computer quantistico di IBM Parte 4: Sistemi di qubit, gates ed entangled state Parte 5: Potenziamo il computer quantistico di IBM!  Parte 6: Algoritmi Quantistici 

Il progetto di IBM

Il progetto che esploreremo è ben riassunto in questo video di IBM!

Per accedere al computer quantistico, clicca sul link qui sotto!
LINK REGISTRAZIONE

Come funziona un computer quantistico:
piccole basi di quantistica

Della quantistica si è già parlato tantissimo, molte volte male, poche volte bene:
molto spesso la quantistica è stata sfruttata da mistici dei giorni nostri che, gonfiandone i pochi concetti che sono riusciti a comprendere e decontestualizzandoli, hanno creato vere e proprie micro-religioni con cui guadagnare sfruttando l’ignoranza e la superstizione.
La fisica quantistica non ha niente a che vedere con tutto ciò, anzi, proprio il nome “fisica” e “quantistica” dovrebbero farci comprendere che l’ignoranza e la superstizione vadano messe proprio da parte, e che sia il caso di prendere in mano i libri con cui STUDIARLA.

La difficoltà nel comprendere un computer quantistico e in generale la fisica quantistica sembra risiedere nelle poche e semplici, ma contro-intuitive, regole. La matematica implicata in un computer quantistico in realtà non è che di poco più complessa di quella studiata alle superiori o al primo anno di università. (in un computer quantistico, non nella fisica quantistica, dove risulta più complessa)

Queste contro-intuitive regole sono principalmente due:
1) Un sistema fisico in uno stato perfettamente definito può comunque comportarsi in modo casuale.
2) Due sistemi fisici che sono abbastanza lontani da non potersi influenzare possono comunque comportarsi casualmente se presi individualmente, ma essere correlati se considerati insieme.

Una volta assimilati questi concetti, il tutto diventa realmente semplice. Come spiega IBM la fisica quantistica alla base di un computer quantistico è pedagogicamente simile alla teoria della relatività: parte da semplici idee contro-intuitive che degenerano in una teoria che può sembrare complessa proprio perchè contro-intuitiva.

I qubit

Un qubit è rappresentato da un vettore di dimensione 2 e modulo 1.

Ci sono 2 qubit base ortogonali:
\(|0\rangle =\begin{pmatrix}1\\0\end{pmatrix}\) (ground state)
\(|1\rangle =\begin{pmatrix}0\\1\end{pmatrix}\) (excited state)

Un qubit non deve per forza essere in uno stato di \(|0\rangle\) o \(|1\rangle\) ma può essere anche in uno stato di sovrapposizione (superposition) del tipo:
$$|\psi\rangle=\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle$$
Dove il modulo rimane 1, quindi:
$$|\alpha|^2+|\beta|^2=1$$

Altri qubit standard in sovrapposizione sono quindi:
$$|+\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\1\end{pmatrix}$$
$$|-\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\-1\end{pmatrix}$$
$$|\circlearrowright\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\i\end{pmatrix}$$
$$|\circlearrowleft\rangle =\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1\\-i\end{pmatrix}$$

La peculiarità di questi qubit in sovrapposizione è nella loro misurazione:
se per esempio abbiamo un qubit \(|\psi\rangle=\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle\) , quando lo misureremo risulterà essere \(|0\rangle\) con una probabilità \(\|alpha|^2\) e \(|1\rangle\) con una probabilità \(\|beta|^2\) .

Un sistema di due qubit può esistere in uno stato di prodotto, ad esempio:
$$|00\rangle$$
$$|0+\rangle$$
Oppure in uno stato di Entangled:
$$(|00\rangle+|11\rangle)/\sqrt{2}$$
L’Entangled implica che i due qubit misurati separatamente sono in uno stato indeterminato, mentre assieme sono in uno stato determinato. 

 

Cosa me ne faccio dei qubit?

Partendo dal presupposto che il ground state \(|0\rangle\) è il qubit primario da cui si ricavano gli altri, nella Parte 2 chiarificheremo come si elaborano i qubit e quindi come si ricavano tutti gli altri qubit sopra elencati, per iniziare a immagazzinare informazioni.

4 COMMENTI

  1. Ho 68 anni, un diploma al liceo scientifico (ed una laurea in legge), ho provato a rispolverare vettori (se li ho mai studiati?) e matrici per qualche ora, ma…
    del qbit ho capito molto poco.
    In particolare le formule su esposte mi sono apparse molto ostiche.
    Una trattazione che le esponga in maniera più elementare, magari anche più diffusamente, ma limitatamente allo scopo di comprendere espressamente cosa sia il qbit non esiste?
    Altrimenti quelli come me con un qualsiasi diploma di scuola media superiore ed una laurea non specifica è meglio che pensino ad altro, più alla portata delle proprie competenze!!!!
    Bye

    • Salve Gennaro,
      Quale delle formule esposte non le risulta chiara?
      Se non l’ha ancora letto, questo secondo articolo è interamente dedicato al qubit e alla sua elaborazione, potrebbe quindi essere di chiarimento:
      https://systems.closeupengineering.it/elaborare-qubit-computer-quantistico/8984/
      Nell’articolo è linkato anche un video di un nostro amico e collaboratore Marco Coletti, che spiega molto bene e semplicemente cos’è un qubit fisicamente.

      Purtroppo tutte le fonti che abbiamo usato per la stesura di questi articoli sono ancora più ostiche, le abbiamo infatti semplificate per poter raggiungere più persone possibili. Siamo convinti che dai nostri articoli, con delle buone basi di algebra lineare, si possa comprendere a pieno il funzionamento del qubit e della sua elaborazione. (Anche perchè nemmeno noi siamo fisici! )

      Ci faccia sapere se è riuscito a capire un po’ di più con il secondo articolo 😉

      Grazie del commento e del feedback!

  2. La matematica è un linguaggio cifrato, le stesse cose le possiamo dire in latino, inglese o spagnolo: per poterci intendere è necessario e sufficiente decidere quale lingua vogliamo usare.
    Vettore so cosa vuol dire, geometricamente può essere rappresentato da un segmento (retta) con una direzione ed un verso (la freccina).
    In fisica la lunghezza della retta indica l’intensità (o modulo).
    Quindi ho capito (forse) anche il termine “modulo”.
    Non ho capito invece cosa voglia dire “dimensione”.
    Quello che vedo sotto è evidentemente (credo) una matrice con 2 linee ed una colonna, ma non ci ho capito più di tanto (dimensione 2 vuol dire forse che ha 2 righe?).
    Credo che vi porrò (poi) altre domande…
    Per adesso mi fermo qui.
    Bye

    • Si parla di dimensione di spazio vettoriale, che è 2 in quanto gli spazi vettoriali del qubit sono appunto definiti da 2 basi.
      Per comprendere il qubit bisogna appunto conoscere l’algebra lineare, compresi gli spazi vettoriali. 😉

LASCIA UN COMMENTO