Le nuove frontiere dell’Informazione Quantistica

1. Le nuove frontiere dell’Informazione Quantistica Computer Superveloci Crittografia Teletrasporto

2. La rapida evoluzione delle capacità di calcolo… 1949 1964 1973 Fino a che punto ci possiamo spingere? 1984 oggi

3. 50 miliardi di transistor Il primo transistor (1948) La legge di Moore prevede un raddoppio delle prestazioni di calcolo ogni 18 mesi Si intravede però un limite alla miniaturizzazione dei dispostivi elettronici… A dimensioni atomiche entrano in gioco le leggi della meccanica quantistica

4. | = |0 = |1 = Attualmente l’informazione si codifica in sequenze di bit Ogni bit assume valori 0oppure1 Esempio: la lettera “a” = 1100001 Il bit quantistico (qbit) registra simultaneamente 0e1 Sovrapposizione quantistica di stati

5. mm… I calcolatori quantistici, elaborando i qubit, riescono a svolgere più operazioni contemporaneamente (parallelismo intrinseco) Quanto sono più veloci? Esempio: scomposizione in fattori 1055664361 = 24 151 x 43 711 ? x ? Facile! Per numeri di migliaia di cifre non basterebbe un tempo pari all’età dell’Universo! Ma per fattorizzare un numero di 129 cifre un computer classico impiegherebbe mesi (8 mesi su un P4 3.2GHz) Usando invece l’algoritmo quantistico di Shor si potrebbe avere la risposta in qualche giorno E un computer quantistico? Solo pochi secondi !!

6. La scomposizione in fattori primi sta alla base della crittografia attuale che rende sicura la transazione di dati (banche, istituzioni, difesa, ...) Uno spione in possesso di un computer quantistico potrebbe decrittare informazioni riservate. Al tempo stesso però, la crittografia quantistica permette di smascherare un’eventuale intercettazione

7. Al tempo stesso però, la crittografia quantistica permette di smascherare un’eventuale intercettazione Le intrusioni di uno spione sulla fibra ottica vengono scoperte! Alice spedisce a Bob il messaggio criptato mediante la chiave segreta 101 010 Generazione di chiave segreta (scrittura) Generazione di chiave segreta (lettura) Sorgente di qbit accoppiati (entangled) Fibra ottica

8. Bob Alice Fotone da trasportare Teletrasporto di fotoni (quanti di luce) Usando il dato di Alice, Bob trasforma il suo fotone in una copia esatta del fotone originale! Il risultato della misura viene trasmesso a Bob Alice misura congiuntamente i due fotoni Sorgente di fotoni accoppiati (entangled)

9. Abbiamo appena iniziato a utilizzare i principi base della meccanica quantistica a favore dell’informatica e delle telecomunicazioni La crittografia quantistica è già una realtà commerciale Il mondo della ricerca sta dedicando grandi sforzi per la realizzazione pratica del computer quantistico Riusciremo a teletrasportare la materia a distanza, come già facciamo con la luce? A cura del Gruppo Teorico di Fisica della Materia, Università di Bologna (L. Campos Venuti, C. Degli Esposti Boschi, M. Roncaglia) http://www.bo.infm.it/grp/morandi/home.html