Per gran parte della nostra storia
la tecnologia umana è stata fondata sui nostri cervelli, il fuoco e bastoni appuntiti.
Se il fuoco ed i bastoni appuntiti sono diventati centrali elettriche e bombe atomiche,
la più grande evoluzione è avvenuta nei nostri cervelli.
Dagli anni 60 la potenza delle nostre macchine da calcolo è cresciuta
in modo esponenziale, consentendo ai computer di diventare
più piccoli e più potenti allo stesso tempo.
Ma questo processo sta per raggiungere i suoi limiti fisici:
le componenti dei computer hanno una dimensione che
si avvicina a quella di un atomo.
Per capire come questo sia un problema, dobbiamo chiarire alcuni concetti base.
Un computer è formato da componenti molto semplici che
fanno cose molto semplici,
come la rappresentazione di dati, i mezzi per processarla ed
i meccanismi di controllo.
I chip dei computer contengono moduli,
che contengono porte logiche, che contengono transistor.
Un transistor è la forma più semplice di un elaboratore di dati nei computer:
in pratica, è un interruttore che può bloccare o aprire
il passaggio delle informazioni.
Queste informazioni sono formate da bit, il cui valore può essere 0 oppure 1.
Combinazioni di più bit sono usate per codificare informazioni più complesse.
I transistor vengono collegati per creare porte logiche che, comunque,
fanno cose molto semplici.
Ad esempio una la porta logica AND da output 1 se tutti i suoi input sono 1,
altrimenti restituisce uno 0.
Combinazioni di porte logiche formano, infine, moduli rilevanti, che, ad esempio,
sono in grado di sommare due numeri.
Una volta che puoi sommare, puoi anche moltiplicare e
una volta che puoi moltiplicare, puoi fare praticamente ogni cosa.
Visto che tutte le operazioni di base sono, letteralmente, più semplici
della matematica di prima elementare, puoi immaginare un computer come un gruppo
di bambini di 7 anni che risolvono quesiti di matematica molto semplici
Un gruppo abbastanza grande può calcolare qualunque cosa,
dall'astrofisica a Zelda.
Ad ogni modo, con le componenti che si rimpiccioliscono sempre di più,
la fisica quantistica complica il tutto.
In poche parole, un transistor è solo un interruttore elettrico.
L'elettricità è il movimento di un elettrone da un posto all'altro,
quindi un interruttore è un passaggio che può bloccare il movimento
degli elettroni in una certa direzione.
Oggi, la grandezza media di un transistor è di 14 manometri,
cioè circa 8 volte più corta del diametro del virus dell'HIV e
500 volte più corta di quello di una cellula di un globulo rosso.
Quando i transistor si rimpiccioliscono fino alla dimensione di qualche atomo,
gli elettroni possono semplicemente trasferirsi dall'altro lato di un
passaggio bloccato tramite un processo chiamato "effetto tunnel".
Nell'ambito della meccanica quantistica la fisica funziona in modo molto diverso
da quello prevedibile a cui siamo abituati ed i computer tradizionali
diventano privi di senso.
Ci stiamo avvicinando ad una vera barriera fisica per il nostro
processo tecnologico.
Per risolvere questo problema, gli scienziati stanno provando a
usare queste insolite proprietà della fisica quantistica a proprio vantaggio,
costruendo computer quantistici.
Nei computer normali i bit sono la più piccola unità dell'informazione.
I computer quantistici usano i qubit, i quali possono comunque assumere
uno tra due valori.
Un qubit può essere qualunque sistema quantistico a due livelli
come lo spin in un campo magnetico o un singolo fotone.
Gli 0 e 1