Quantum Computing: il paradigma di calcolo del futuro – Prima Parte

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Dall’informatica digitale al quantum computing

Fin dagli albori dell’informatica moderna, il funzionamento dei calcolatori si è sempre basato sul sistema di numerazione binaria; questo perché, essendo i calcolatori null’altro che dei dispositivi elettronici che trattano, all’interno dei propri circuiti integrati (siano essi processori, memorie o canali di comunicazione), dei segnali elettromagnetici, è più facile rappresentare uno 0 o un 1 attraverso il passaggio o meno di un segnale attraverso un circuito.

Dagli anni ’40 ad oggi, l’evoluzione dei computer si è mossa verso una costante miniaturizzazione dei loro componenti, il che ha comportato il raggiungimento di sempre maggiori potenze di calcolo a fronte di dimensioni sempre più ridotte degli apparecchi. Dagli armadi a valvole termoioniche come l’ENIAC si è passati ai dispositivi a transistor, poi ai circuiti integrati, fino ad arrivare agli odierni microprocessori, costruiti su scale dell’ordine del milionesimo di millimetro: le CPU attuali integrano centinaia di milioni di transistor in pochi centimetri quadrati di silicio.

Il progresso dei circuiti integrati, fino all’anno passato, era regolato da un enunciato empirico, la cosiddetta legge di Moore, cui tutti i costruttori di processori – Intel e AMD in testa – si sono adeguate: tale legge affermava che la complessità di un circuito integrato, misurata nel numero dei transistor in esso contenuti, raddoppiava ogni diciotto mesi. Tale enunciato mostra oggi tutti i suoi limiti: i processori dell’attuale generazione sono costruiti con tecnologie che permettono di avere distanze tra i vari gates dei transistor nell’ordine delle poche decine di nanometri, ovvero milionesimi di millimetro.

Sarebbe possibile stampare circuiti con distanze anche inferiori, nell’ordine dei 3-5 nm, ma si incorrerebbe in due limiti fisici: il primo è quello termico (a distanze minori corrispondono maggiori velocità di percorrenza da parte delle correnti elettriche: ciò comporta un aumento delle temperature, che arriverebbero a valori tali da non poter essere raffreddate), il secondo limite è spaziale (a distanze così ravvicinate gli elettroni non risponderebbero più solo alle leggi della fisica classica, ma anche a quelle della meccanica quantistica: ciò porterebbe a una sostanziale imprevedibilità del comportamento dei circuiti integrati, che diventerebbero inservibili per la computazione).

L’articolo completo è disponibile sul nostro magazine alle pagine 18-27.

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Ruben Bernardino

Ho trentacinque anni, vivo a Cagliari, frequento il secondo anno del Corso di Laurea in Informatica presso l'Università degli Studi della mia città. Lo studio protratto in età così avanzata è dovuto, oltre che a una forma di pigrizia che rasenta la totale apatia verso l'universo mondo, a una non indifferente storia clinica, iniziata subito dopo il il diploma - conseguito tra l'altro con un anno d'anticipo nel lontano 1999 - e terminata nel 2010. Sono appassionato di programmazione, sistemi e tecnologie informatiche, anche se non amo tantissimo impazzire sul codice e, quando mi tocca farlo per scopi didattici, conviene procedere all'evacuazione immediata di donne, bambini, anziani e oggetti sacri presenti nel raggio di un centinaio di metri dal sottoscritto, a meno che non siano di origine veneta e/o toscana. Oltre a ciò, amo dilettarmi a suonare il pianoforte, contravvenendo con sommo gusto a tutte le convenzioni internazionali - da quella di Ginevra in poi - relative alla tutela dei diritti umani e della salute pubblica; tanto che lo strumento medesimo, dopo ventiquattro anni di sofferenza, sta meditando la propria autodistruzione. La mia collaborazione con theWise è finalizzata a trattare approfondimenti anche piuttosto articolati sulle tecnologie informatiche più innovative e affascinanti, come ad esempio la computazione quantistica, che mi incuriosisce particolarmente e di cui curerò per questa testata uno speciale in quattro puntate, traghettando i lettori tra paludi stigie di matematica, algebra lineare, algoritmi e fisica. Non escludo la possibilità di scrivere, in futuro, altri approfondimenti su particolari aspetti della mia materia di studio. Oltre che su theWise scrivo anche su Il Meglio di Internet, dove tratto però argomenti più "leggeri", nello spirito della pagina, pur rimanendo sempre nell'ambito tecnologico-informatico. Vi auguro dunque una buona lettura, sperando di non tediarvi troppo...