Cosa sono i qubit e come funziona un computer quantistico, lo strumento di calcolo che promette di trasformare il nostro futuro? Sono domande che hanno una risposta chiara e precisa, ma risultati pratici ancora inimmaginabili. Come ripetono fisici, ricercatori ed esperti, il quantum computing è destinato a cambiare il mondo: in combinazione con l’intelligenza artificiale, sarà in grado di eseguire in pochi secondi calcoli che oggi richiedono milioni di anni.
Dalla ricerca scientifica all’energia, dalla finanza alle telecomunicazioni, dalla medicina alla sicurezza informatica, dalla logistica ai trasporti, il computer dei calcoli “impossibili” modificherà i paradigmi in diversi settori. Per prepararci a questa rivoluzione, è necessario capire come operano queste macchine che seguono la logica quantistica: ecco una guida pratica e comprensibile al qubit, l’unità di misura del quantum computing, e al funzionamento di un calcolatore del genere.
In questo articolo:
- Cosa sono i qubit, l’unità di misura del quantum computing
- Come funziona un computer quantistico
Cosa sono i qubit, l’unità di misura del quantum computing
Concetto proposto dal fisico statunitense Richard Feynman, premiato con il Nobel nel 1965 per l’elaborazione dell’elettrodinamica quantistica, il qubit (quantum bit, bit quantistico) è l’unità di misura del computer quantistico: la particella minima di informazione che, a differenza del bit classico dell’informatica basato sul sistema binario, riesce a rappresentare più valori allo stesso tempo. Per riuscire ad immagazzinare e processare dati e ad eseguire calcoli articolati, i qubit utilizzano le proprietà tipiche delle particelle subatomiche descritte dalla meccanica quantistica.
In particolare, per la computazione, la memorizzazione e la velocizzazione della capacità di calcolo, il quantum computing sfrutta la sovrapposizione quantistica – il qubit viaggia in un’infinità di stati intermedi e riesce ad assumere due stati contemporaneamente rispetto allo stato binario 0 o 1 del bit tradizionale – e l’entanglement, ovvero l’intreccio invisibile tra qubit. Il termine è stato coniato da Erwin Schrödinger, il fisico austriaco premio Nobel famoso per il paradosso del gatto.
La parola entanglement (in inglese intreccio, groviglio, garbuglio) intende in realtà la correlazione fra particelle che si comportano come fossero un’unica entità: se entanglate, l’una modifica l’altra senza la necessità di un intermediario che trasporti il messaggio. La correlazione che trasforma le particelle in un sistema olistico avviene quando queste sono collegate in maniera selettiva e vengono sollecitate simultaneamente da un’interazione fisica.
I quantum bit hanno quindi due caratteristiche peculiari le rendono completamente differenti dai bit: possono assumere contemporaneamente lo stato 0, lo stato 1 e tutti gli stati intermedi ed essere legati tra di loro come gemelli anche a distanza, costruendo algoritmi più rapidi ed efficienti. La sovrapposizione di stati permette di ottenerne un’infinità di nuovi: è questa condizione che consente ad un calcolatore quantistico di effettuare operazioni complesse, avere una velocità straordinaria e risolvere problemi molto articolati, in particolare di ottimizzazione dei processi digitali.
Come funziona un computer quantistico
Il computer quantistico è un nuovo tipo di computer superperformante, miliardi di volte più veloce dei più potenti supercalcolatori attualmente in circolazione e capace di risolvere problemi estremamente complessi. Il funzionamento di una macchina del genere si basa sui principi della meccanica quantistica: grazie al qubit e alla sovrapposizione quantistica, il calcolatore riesce ad eseguire numerose operazioni simultaneamente, velocizzando la capacità di calcolo all’aumento della potenza della macchina.
Quando si presenta un problema complesso da risolvere, l’algoritmo quantistico viene espresso come codice rappresentato da un circuito, adattato e convertito prima di essere mandato al server che lo elabora per l’hardware e procede con il calcolo. Gli impulsi sono inviati per l’esecuzione ai dispositivi di controllo, che a quel punto trasmettono i segnali al chip quantistico. Un meccanismo di misurazione interpreta i risultati e li recapita all’utente, pronto a visualizzarli e leggerli grazie al codice sul computer.
Ad oggi i limiti al funzionamento del quantum computing sono legati soprattutto alla scalabilità, all’instabilità dei risultati e alla decoerenza dei qubit: le unità hanno bisogno di isolamento dall’ambiente esterno, una condizione necessaria per raggiungere uno stato di superposizione coerente al completamento preciso dei calcoli. I ricercatori e le Big tech stanno lavorando su questo fronte, cercando al tempo stesso di superare la fase dei prototipi: un computer quantistico, infatti, non è costruito con il silicio ma con atomi, ioni e superconduttori.
L’Unione europea sta finanziando le tecnologie quantistiche per stare al passo con gli Stati Uniti e la Cina. In Italia la realtà più attiva su questo fronte è l’Aqi, l’Alleanza Quantistica Italiana: una rete nata nell’estate del 2025 per riunire università, enti di ricerca, industrie e istituzioni pubbliche allo scopo di costruire un ecosistema nazionale competitivo. In aggiunta, l’Italia è presente in diversi consorzi europei (dal Qec4qea al Nqsti) e con la Fondazione Icsc ha un centro nazionale di supercalcolo che include tra i programmi di ricerca (lo Spoke 10) proprio il quantum computing.
