Un bit rappresenta l'unità di misura della quantità d'informazione.
Intuitivamente equivale alla scelta tra due valori (sì/no, vero/falso, acceso/spento) quando questi hanno la stessa probabilità di essere scelti.
I Pc classici si basano sui bit.
Il bit è l'unità di misura di ogni informazione inseribile in un computer.
Il bit può assumere due valori o "0" o "1". Il reggruppamento di 8 bit è associato al concetto di Byte. Tutto viene elaborato e gestito
utilizzando i Bytes.
Ogni programma viene sviluppato utilizzando istruzioni sequenziali e seriali.
Il computer fuziona sfruttando i bit e attraverso un microprocessore
gestisce i programmi attivati nella memoria Ram.
Per completare quanto richiesto, il computer deve saper svolgere solo quattro semplici attività:
acquisire dei dati in ingresso (presenti nella Ram)
memorizzare questi dati ed elaborarli nella CPU
fornire dati in uscita come risultato dell'elaborazione svolta. (visualizzarli o salvarli nella Ram)
Alla base del funzionamento dei computer quantistici troviamo il qubit, “alter ego” del bit dell’informatica classica.
Se quest’ultimo può assumere solo due valori ben determinati (convenzionalmente indicati con “0”e “1” ), il bit quantistico può assumere diversi valori legati agli autostati
tra 0 e 1 ed essere contemporaneamente una combinazione di “0” e “1”.
Prendiamo in considerazione qualche cosa che possiamo associare al concetto di bit.
Nei computer quantistici basati su silicio, il qubit più semplice è lo spin di un singolo elettrone
Consideriamo un elettrone esso avrà uno spin che potrà essere spin su=1/2 h/(2p)
o spin giù=-1/2 h/(2 p).
Se gestiamo l'elettrone in modo che sia in grado di fluttuare liberamente tra i due spin, potremo associare all'elettrone una funzione d'onda in grado di gestire queste fluttuazioni.
Esso sarà in uno stato indeterminato e risulterà avere tutti gli auto-stati possibili.
Se associano allo stato spin su lo stato bit il bit |1> e allo stato spin giù il bit |0>
avremo che l'elettrone in esame avrà la natura di essere tutti gli stati da |1> a |0> .
Sfera di Bloch
La funzione d'onda associata all'elettrone in esame sarà una combinazione di stati descritti
da una combinazione rappresentabile come c1|1>+c2|0> con c1 e c2 due espressioni dipendenti
dai numeri complessi con la limitazione che
|c1|2+|c2|2=1 .
Solo quando siamo in grado di osservarlo o costringerlo a mostrarsi si presenterà
come uno dei due stati o |1> o |0>.
Se non è osservato o disturbato sarà presente come l'insieme degli autostati intermedi.
Tuttavia, questi qubit richiedono impulsi a microonde ad alta frequenza per controllarli
per controllare solo un qubit senza disturbare i suoi vicini.
Al qubit è associabile un insieme di autostatistati combinazioni di |1> e di |0>.
Esiste un modo naturale di rappresentare in modo intuitivo un qubit nonostante entrino in gioco i numeri complessi, che merita di essere illustrato.
Si tratta di rappresentare lo spazio astratto in cui si può muovere un qubit mediante una sfera che è chiamata sfera di Bloch.
Ogni punto su questa sfera potrebbe essere associabile ad un autostato
dell'elettrone.
Qubit di 2 elettroni
Seigo Tarucha, Kenta Takeda e tre collaboratori, tutti presso il RIKEN Center for Emergent Matter Science, hanno realizzato un'operazione ad alta precisione utilizzando un qubit che impiega gli spin di due elettroni, che possono esistere nella sovrapposizione di due stati: su |1>, giù |0> e potremo avere la combinazione |1> e |1> e contemporaneamente |0> e |1> ; |0> e |0> ; |1> e |0>.
Rispetto ai qubit basati su singoli elettroni, questo qubit può essere controllato da impulsi a microonde a
frequenza molto più bassa, che sono più facili da limitare ad aree ristrette.
La sovrapposizione e l’entanglement sono due dei concetti cardine della teoria quanto-meccanica e concorrono alla grande capacità di calcolo dei computer quantistici.
Il principio di sovrapposizione prevede che un elettrone immerso in un campo magnetico possa avere lo spin allineato con il campo
(e in questo caso si dice che l’elettrone è in uno stato di spin-up) oppure avere uno spin opposto al campo (l’elettrone è in stato di spin-down).
Per le leggi della quantistica, una particella può anche essere in uno stato di sovrapposizione e si comporta come se fosse sia in stato
di spin-up sia in stato di spin-down. Se applicato all’informatica quantistica, il principio di sovrapposizione stabilisce che il qubit può assumere contemporaneamente
i due stati del bit “classico” e valere “0” e “1” allo stesso tempo.
Nell’entanglement, definito anche correlazione quantistica, due particelle che hanno interagito in passato conservano comunque una connessione tra loro
(a patto che si trovino in un sistema completamente isolato).
In questo modo, conoscendo lo spin di una particella si potrà conoscere automaticamente anche lo spin della seconda particella:
se la prima è in spin-up, la seconda sarà in spin-down, indipendentemente dalla distanza che le divide.
Nell’informatica quantistica ciò permette di trasferire informazioni da un capo all’altro del sistema (ma teoricamente anche da un capo all’altro del mondo) in maniera praticamente istantanea (non a caso si parla di teletrasporto quantico).