La Logistica del Computer Quantistico e l'Informatica Relativa

Notizie da giornali, siti web e televisioni riportato sempre più enfaticamente i successi relativi a computer quantistici. È pertanto naturale chiedersi quali sono questi computer, come operano, dove sono, quanto costano e cosa serve al loro funzionamento. Anche perché i titoli delle notizie possono portare ad intenderli come “supercomputer” effettivamente esistenti, capaci di risolvere in pochi secondi dei problemi di calcolo che i computer classici impiegherebbero millenni a processare. Questo lavoro propone quindi una review degli attuali Computer Quantistici, con particolare riguardo, ove possibile, alla relativa logistica. Nel panorama dell’Informatica Quantistica, si intende approfondire come potrà essere il futuro delle infrastrutture ad essi legate e quali saranno i sistemi base di algoritmi relativi al Calcolo Quantistico. In definitiva si cerca di comprendere quale sarà la futura logistica, intesa come nuova «arte del computare». Particolare attenzione verrà data al vantaggio quantistico, la strategia di medio termine relativa alla progettazione di algoritmi per le prossime generazioni di computer quantistici. Tali algoritmi sono richiesti da un ventaglio di applicazioni strategiche. Attualmente sono principalmente algoritmi di simulazione di fisica e chimica quantistica. Si discuterà anche, a mo’ d’esempio, l’algoritmo del teletrasporto quantistico. Alcune nozioni relative ai qubit, alle porte quantistiche ed alle hamiltoniane ad esse legate verranno proposte. Oltre a parlare di qubit, si parlerà di qumode. Infatti, l’arte del computare quantistico, ha due facce, quella basata sul qubit e quella basata sul qumode. Verrà inoltre menzionato il primo desktop a tre qubits di SpinQ.

Contenuti: 
La Logistica - Le notizie - IBM Quantum Experience - Il computer quantistico universale – Glossary - L’era NISQ e la cifratura - Not the whole field - Qubit - Algebra con uno o due qubit - Gli stati di Bell – Entanglement - Operatori controllati - Molti qubit - Diagrammi di circuiti quantistici (Azure Quantum) - Quantum Inspire - Lo stato Greenberger–Horne–Zeilinger - Il teletrasporto - Porte di Hadamard in cascata - Generazione numero casuale - WOLFRAM Demonstrations Project – Qumode - Qumodes vs Qubits  - Computer a qubit - I modelli di computer (tranne quelli ottici) – Alla ricerca dei qubit -  D-Wave - D-Wave Systems - Il centro di Jülich in Germania - Acustica quantistica - Non è quantistico? - Scale micro, meso e macro – Modulare Rigetti – Diamonds - Un desktop quantistico – SpinQ - Due o tre qubit - Qubit superconduttori e giunzioni Josephson - Design e fabbricazione - Azure Quantum - Majorana  zero mode - La particella di Majorana esiste? - 2021, la crisi della riproducibilità - Knots and Fermions - Controllo criogenico (Microsoft) - Gooseberry - Horse Ridge (Intel) - Intel e QuTech – Produrre qubit in silicio -  Quantum circuits e atom-based quantum dots  -  Simulazione catena poliacetilene - Spin qubit a quantum dot -  Verso lo zero assoluto - Sycamore (Google's Artificial Intelligence division) – Sycamore e i cristalli temporali – Sycamore e la chimica - Transmon -  Charge qubits - Google e IBM - Supremazia quantistica - La trasformata ottica di Fourier - Advantage using photons (Jiuzhang) - Zuchongzhi 2.1 - L’abaco di Borealis con i qumode - Qumodes in quantum photonics - Encoding a qubit in an oscillator – Borealis (su Wired) - Programmable Photonic Processor - Ancora su  Borealis - Boson sampling – Cammino casuale quantistico - Quantum walks – L’oracolo - Come fare un test di supremazia - Vantaggio quantistico - Le compagnie che usano i fotoni - E l’IBM? - Roadmap - IBM Open Plan - Diversi linguaggi e Q# - Un codice Qiskit per uno stato di Bell - Algoritmo di Shor – Contromisure - La Honeywell e gli ioni - Le sfide per gli ingegneri - Che problemi può risolvere il computer quantistico? - I raggi cosmici - Nuovi paradigmi - Simulazioni quantistiche (DOS) – Hamiltoniana - Molecular and Material Science – Variational Quantum Eigensolver - Spin qubit quantum computer (Loss–DiVincenzo quantum computer) - Prime applicazioni commerciali? - Algoritmo di Grover - Prepararsi al futuro - Corso al Politecnico di Torino - Per uno studente del Politecnico – Ulteriori notizie - Qudit a trapped ions -Qudit-based quantum processor in silicon-photonic integrated circuits – Alibaba fluxonium -  Riferimenti