Glossario quantistico

Autorità Garante della Concorrenza e del Mercato: l'autorità antitrust italiana, organo indipendente che vigila sulla concorrenza e tutela i consumatori.

Algoritmo quantistico pubblicato nel 1994 dal matematico Peter Shor dell'MIT. Permette di fattorizzare numeri grandi in tempo polinomiale su un computer quantistico, minacciando la sicurezza di RSA e curve ellittiche.

Numero complesso che descrive il contributo di ciascuno stato di base alla sovrapposizione. Il modulo quadrato dell'ampiezza dà la probabilità. A differenza delle probabilità classiche, le amplitudini possono essere negative e cancellarsi (interferenza).

Tecnologia per qubit basata su atomi neutri sospesi e controllati con laser. Usata da Pasqal (CINECA) e QuEra. Promettente per scalabilità e connettività.

Problema dei circuiti variazionali: man mano che si aggiungono qubit, il gradiente tende a zero e l'apprendimento si blocca. Come cercare una valle in un deserto perfettamente piatto.

Processo periodico di ricalibrazione dei parametri dei qubit (frequenze, coerenza, fidelity). Durante la calibrazione il sistema è offline — tipicamente 30-60 minuti ogni 4-8 ore.

Il processo per cui la misura di un qubit distrugge la sovrapposizione, forzando il sistema in uno stato definito (|0⟩ o |1⟩). Il risultato è probabilistico e l'informazione originale è irrecuperabilmente persa.

Possibilità di fabbricare i qubit (spin nel silicio) con le stesse linee produttive dei semiconduttori classici, da cui deriverebbe una scalabilità e densità potenzialmente enormi.

Proprietà per cui ogni qubit può interagire direttamente con qualsiasi altro, nativa negli ioni intrappolati. Semplifica enormemente la compilazione dei circuiti e i codici di correzione d'errore, a differenza della connettività locale (nearest-neighbor) dei superconduttori.

Checklist formalizzata da David DiVincenzo nel 2000: le condizioni che un sistema fisico deve soddisfare per essere una piattaforma di quantum computing — qubit scalabili e ben definiti, inizializzazione, coerenza lunga rispetto al tempo di gate, set universale di gate, misura affidabile.

Nuovi algoritmi crittografici progettati per resistere agli attacchi sia di computer classici che quantistici. Basati su problemi matematici diversi dalla fattorizzazione, come la geometria dei reticoli.

Disturbo indesiderato tra qubit vicini: quando si esegue un'operazione su un qubit, le onde di controllo 'sbavano' sui qubit adiacenti, perturbandoli. Cresce con la densità del chip ed è una fonte di errori correlati.

Capacità di un sistema informatico di cambiare gli algoritmi crittografici senza dover riscrivere il codice. Essenziale per la transizione post-quantum.

Standard NIST per le firme digitali post-quantum. Garantisce l'autenticità dei documenti anche nell'era dei computer quantistici. Sviluppato da IBM.

Standard NIST per lo scambio sicuro di chiavi crittografiche, resistente agli attacchi quantistici. Basato sul problema dei reticoli. Protegge le connessioni HTTPS.

Sistema crittografico moderno usato in blockchain, criptovalute e molti protocolli internet. Vulnerabile all'algoritmo di Shor come RSA.

Hardware/software classico che legge in tempo reale i segnali d'errore (le 'sindromi') prodotti dal codice di correzione e stabilisce quali errori correggere. Se è troppo lento, gli errori si accumulano. Player chiave: Riverlane.

Processo per cui un sistema quantistico perde le sue proprietà quantistiche (sovrapposizione, entanglement) a causa dell'interazione con l'ambiente. È il principale nemico ingegneristico dei computer quantistici e il motivo per cui operano vicino allo zero assoluto.

Tecnologie basate su scoperte scientifiche o innovazioni ingegneristiche sostanziali, caratterizzate da elevate barriere all'ingresso e lunghi tempi di sviluppo.

Limiti matematici derivati da John Bell nel 1964: se esistessero variabili nascoste locali, le correlazioni tra misure non potrebbero superare certi valori. Gli esperimenti hanno sistematicamente violato questi limiti, confermando l'entanglement.

Simulazione di come un farmaco si lega a una proteina target, come una chiave in una serratura. Fondamentale per predire efficacia ed effetti collaterali.

Processo di scoperta e sviluppo di nuovi farmaci, dalla ricerca iniziale fino all'approvazione per l'uso clinico.

Correlazione quantistica tra due o più qubit che permette comportamenti impossibili nella fisica classica.

Probabilità media di errore su un singolo gate, misurata con tecniche come il randomized benchmarking. È la metrica operativa più importante per confrontare hardware quantistici, più informativa del solo conteggio di qubit.

Approccio strutturale: codificare un qubit logico in molti qubit fisici entangled, rilevando e correggendo gli errori senza misurare l'informazione codificata. È la chiave per il quantum computing fault-tolerant; codici principali: surface code, qLDPC, color code, codici topologici.

Terzo gradino: si codifica l'informazione nella ridondanza di molti qubit fisici entangled per costruire qubit logici affidabili, rilevando e correggendo gli errori in tempo reale senza misurare l'informazione codificata. È la chiave del calcolo fault-tolerant.

Tecniche basate su AI per riconoscere e compensare il rumore nei circuiti quantistici, migliorando la qualità dei risultati senza richiedere correzione d'errore completa.

Secondo gradino: si lascia avvenire l'errore e lo si corregge statisticamente in post-elaborazione, senza qubit aggiuntivi ma con molte più ripetizioni del circuito. Approccio dominante nell'era NISQ; il suo costo cresce in modo esplosivo e non scala all'infinito.

European Quantum Communication Infrastructure: progetto firmato da tutti i 27 stati UE per costruire una rete di comunicazione quantistica paneuropea, con componente terrestre (fibra) e spaziale (satelliti IRIS²).

European Quantum Computing Service: programma EuroHPC da 100 milioni di euro che ha installato computer quantistici in sei siti europei per ricerca e industria.

Regime in cui un computer quantistico può eseguire calcoli arbitrariamente lunghi con probabilità di errore arbitrariamente piccola, grazie a error correction su qubit logici. Roadmap credibili (IBM, Google) lo collocano nel 2029–2033 per le prime macchine seriamente utili.

Regime in cui un computer quantistico continua a calcolare correttamente nonostante gli errori, perché li corregge man mano. È il traguardo che rende eseguibili algoritmi arbitrariamente lunghi.

Computer quantistici con correzione degli errori a scala, capaci di eseguire algoritmi arbitrariamente lunghi. IBM prevede i primi sistemi di questo tipo nel 2029.

Controlled-NOT: gate a due qubit fondamentale per creare entanglement. Inverte il secondo qubit (target) solo se il primo (control) è nello stato |1⟩. È il mattone base di quasi tutti i circuiti quantistici.

Gate quantistico fondamentale che crea una sovrapposizione equiprobabile: trasforma |0⟩ in una sovrapposizione 50% |0⟩ + 50% |1⟩. È il gate più usato per inizializzare la sovrapposizione.

Controllo dell'accesso a una risorsa o tecnologia da parte di pochi soggetti dominanti, che possono decidere chi entra nel mercato e a quali condizioni.

Codice qLDPC introdotto da IBM nel 2024 (bivariate bicycle): protegge 12 qubit logici usando 288 qubit fisici (144+144) per circa un milione di cicli. ~10× più efficiente del surface code. Il nome viene da 144 = una 'grossa' (dozzina di dozzine).

Strategia di attacco in cui dati crittografati vengono intercettati e conservati oggi, in attesa che computer quantistici sufficientemente potenti permettano di decifrarli in futuro.

Supercalcolo ad alte prestazioni basato su CPU e GPU classiche. Nel modello Quantum-Centric, viene integrato con le QPU per flussi di lavoro ibridi.

Strumento di analisi preventiva dell'AGCM per studiare la struttura e le dinamiche competitive di un mercato, senza che vi sia necessariamente un abuso già avvenuto.

Fenomeno per cui le amplitudini si combinano: se hanno lo stesso segno si sommano (costruttiva, la probabilità aumenta), se hanno segno opposto si cancellano (distruttiva, la probabilità diminuisce fino a zero).

Rete per la trasmissione di stati quantistici tra nodi remoti, basata sulla distribuzione di entanglement. Non sostituisce Internet classico: lo affianca per applicazioni di sicurezza, calcolo distribuito e sensing.

Problema di assegnazione di lavori a macchine rispettando vincoli di sequenza e tempo, tipico della pianificazione di produzione.

Filosofia produttiva Toyota: produrre esattamente ciò che serve, quando serve, minimizzando scorte e sprechi.

L'ultimo tratto di consegna, dal magazzino locale al cliente finale. Può rappresentare fino al 50% del costo totale di spedizione.

Gas naturale raffreddato a -162°C per il trasporto. L'ottimizzazione della sua distribuzione è un problema logistico estremamente complesso.

Chip sperimentale IBM (fine 2025) che integra a bordo i componenti per la correzione qLDPC, inclusi i coupler a lunga distanza richiesti dal Gross Code. Primo mattone hardware verso la correzione d'errore a scala.

Procedura che produce gli 'stati magici' necessari per le operazioni (come il gate T) che rendono universale il calcolo fault-tolerant. È spesso la componente più costosa, in qubit e tempo, di un computer quantistico corretto.

Teoria fisica che descrive il comportamento della materia a scala atomica e subatomica, dove particelle come gli elettroni si comportano come onde di probabilità.

Approccio medico che utilizza il profilo genetico individuale del paziente per determinare la terapia più efficace.

Quasi-particelle che comparirebbero agli estremi di nanofili semiconduttore-superconduttore, in cui l'informazione è codificata in modo non-locale e quindi topologicamente protetta dal rumore. La loro esistenza definitiva è ancora dibattuta dalla comunità dei fisici.

Metodo statistico che utilizza campionamento casuale ripetuto per ottenere risultati numerici, ampiamente usato in finanza per il pricing di derivati.

Noisy Intermediate-Scale Quantum: l'attuale era dei computer quantistici, caratterizzata da dispositivi con 50-1000 qubit ma ancora soggetti a errori significativi.

Classe di problemi computazionalmente difficili per cui non esiste un algoritmo efficiente noto. Il tempo di calcolo esplode con la dimensione del problema.

Classe di problemi matematici che cercano la migliore soluzione tra un numero enorme di possibilità. Le reti energetiche sono un esempio classico.

Argomento proposto da Einstein, Podolsky e Rosen nel 1935 per dimostrare che la meccanica quantistica fosse incompleta. Sostenevano che l'entanglement richiedesse 'variabili nascoste' predeterminate — ipotesi poi smentita dagli esperimenti.

Tecnica di mitigazione che ricostruisce il risultato 'senza rumore' combinando esecuzioni con rumore caratterizzato in modo controllato. Più accurata della ZNE ma più costosa in numero di ripetizioni.

Fascio laser fortemente focalizzato capace di intrappolare e spostare un singolo atomo neutro. Array di migliaia di tweezer permettono la scalabilità e la riconfigurabilità tipiche degli atomi neutri.

Direzione di oscillazione del campo elettromagnetico di un fotone. Nel protocollo BB84, vengono usate quattro polarizzazioni su due basi: orizzontale/verticale e diagonale a ±45°.

Primo protocollo QKD, proposto da Charles Bennett e Gilles Brassard nel 1984. Utilizza la polarizzazione dei fotoni su due basi (rettilinea e diagonale) per generare una chiave condivisa sicura.

Quantum Approximate Optimization Algorithm: algoritmo quantistico progettato per problemi di ottimizzazione combinatoria come quelli delle reti energetiche.

Algoritmo quantistico variazionale per problemi di ottimizzazione combinatoria. Approccio ibrido dove il quantum esplora e il classico guida.

Distribuzione di chiavi crittografiche usando la fisica quantistica, teoricamente inviolabile. Richiede hardware dedicato e fibra ottica punto-punto. Complementare alla crittografia post-quantum.

Famiglia di codici di correzione d'errore ad alta efficienza: proteggono molti qubit logici con relativamente pochi qubit fisici, al prezzo di richiedere connessioni a lunga distanza tra i qubit. Il Gross Code di IBM ne è un esempio.

L'unità di elaborazione quantistica, analoga alla CPU o GPU nel calcolo classico. Nel Quantum-Centric Supercomputing, agisce come acceleratore per calcoli specifici.

Obiettivo attuale: un computer quantistico esegue un calcolo in modo più accurato, economico ed efficiente rispetto ai soli metodi classici. La correttezza del risultato deve essere rigorosamente verificabile.

Algoritmo quantistico che fornisce speedup quadratico rispetto ai metodi Monte Carlo classici.

Esperimento Google (ott 2025) basato sull'algoritmo OTOC: primo vantaggio quantistico verificabile (riproducibile da un secondo dispositivo), ~13.000× più veloce del miglior metodo classico, con una prima applicazione vicina alla NMR.

Tecnica che usa il computer quantistico per mappare i dati nello spazio di Hilbert — uno spazio matematico esponenzialmente grande — dove i pattern diventano più visibili.

Campo di ricerca che utilizza circuiti quantistici come componenti di modelli di machine learning, sfruttando proprietà come sovrapposizione e entanglement per esplorare spazi di soluzioni impossibili per il calcolo classico.

Processo strutturato per mappare i problemi di business di un'azienda e valutare quali hanno potenziale per beneficiare del quantum computing.

Dispositivo che estende la portata delle comunicazioni quantistiche oltre il limite della fibra ottica (~100-300 km), usando entanglement swapping. Ancora in fase sperimentale.

Traguardo raggiunto da Google nel 2019: un computer quantistico esegue un calcolo specifico più velocemente di qualsiasi supercomputer classico. Il calcolo non deve necessariamente avere utilità pratica.

Traguardo dimostrato da IBM nel 2023: i computer quantistici producono risultati affidabili per calcoli scientifici che superano i limiti della simulazione classica, anche se non necessariamente più veloci.

Pratica di aziende che dichiarano di usare il quantum computing per motivi di marketing, senza un reale vantaggio computazionale rispetto ai metodi classici.

Modello di accesso al quantum computing via cloud, che permette di usare computer quantistici remoti senza possederne uno. Offerto da IBM, Amazon (Braket), Microsoft (Azure Quantum) e altri.

Architettura di calcolo di nuova generazione che integra strettamente QPU con infrastruttura HPC classica (CPU e GPU), trattando i processori quantistici come acceleratori per calcoli specifici e complessi.

L'unità fondamentale di informazione quantistica, analoga al bit classico ma capace di esistere in sovrapposizione di stati.

Il qubit reale implementato in hardware: imperfetto, «rumoroso», con T₂ limitato. È quello che viene contato negli annunci dei produttori (IBM, Google, Quantinuum, IonQ).

Qubit 'virtuale' costruito raggruppando molti qubit fisici tramite codici di error correction. Ha una qualità molto più alta del qubit fisico sottostante. Oggi servono 100–1.000 qubit fisici per produrre un qubit logico utile.

Quadratic Unconstrained Binary Optimization: formato matematico per esprimere problemi di ottimizzazione in una forma eseguibile sui computer quantistici.

Sistema crittografico inventato nel 1977 (Rivest-Shamir-Adleman) che protegge gran parte delle comunicazioni internet. La sua sicurezza si basa sulla difficoltà di fattorizzare numeri grandi.

Soglia convenzionale (100+ qubit) oltre la quale un computer quantistico può eseguire calcoli scientifici che superano i limiti della simulazione classica.

Rappresentazione geometrica dello stato di un singolo qubit come punto sulla superficie di una sfera unitaria. Il polo Nord è |0⟩, il polo Sud è |1⟩, l'equatore sono sovrapposizioni 50/50 con fasi diverse. Ogni gate quantistico è una rotazione sulla sfera.

Singola esecuzione di un circuito quantistico. Poiché i risultati sono probabilistici, servono migliaia di shot per ottenere statistiche affidabili.

Uso di computer per predire le proprietà di nuovi materiali prima di sintetizzarli, fondamentale per lo sviluppo di batterie più efficienti.

Processo computazionale per predire il comportamento di molecole, inclusa la loro struttura, dinamica e interazioni.

Rete elettrica intelligente che utilizza tecnologie digitali per monitorare e gestire il flusso di energia da tutte le fonti di generazione per soddisfare la domanda in tempo reale.

Primo gradino: tecniche a livello di impulsi e hardware (es. dynamical decoupling) che riducono il rumore alla fonte, evitando che l'errore avvenga. Costa pochissimo, ma riduce soltanto — non elimina.

Proprietà quantistica che permette a un qubit di trovarsi simultaneamente in più stati fino alla misurazione.

Spazio matematico in cui vivono gli stati quantistici. La sua dimensione cresce esponenzialmente con il numero di qubit, ed è questa esplosione che dà al quantum computing il suo potenziale.

Standard alternativo NIST per le firme digitali, basato su funzioni hash anziché reticoli. Offre diversificazione matematica rispetto a Dilithium.

Il primo computer quantistico fault-tolerant su larga scala dichiarato da IBM, atteso per il 2029. Rappresenta la 'destinazione' verso cui puntano la roadmap e i building block come Loon.

Stati atomici altamente eccitati con interazioni a lungo raggio, usati negli atomi neutri per realizzare i gate entangling tra atomi vicini.

Stato di più qubit che può essere descritto come prodotto di stati indipendenti — ogni qubit è descrivibile singolarmente. L'opposto di uno stato entangled.

Analisi che simula scenari estremi per valutare la resilienza di un portafoglio o di un'istituzione finanziaria.

L'intera rete di fornitori, fabbriche, magazzini e distributori coinvolta nella produzione e consegna di un prodotto.

Il codice di correzione d'errore più studiato: robusto e con soglia di errore favorevole, ma molto costoso — richiede dell'ordine di 1.000 qubit fisici per ogni qubit logico, contro i ~24 del Gross Code.

Tempo caratteristico medio in cui un qubit eccitato (|1⟩) decade spontaneamente nello stato fondamentale (|0⟩), perdendo energia verso l'ambiente. Si misura tipicamente con sequenze di inversione e tempo variabile.

Tempo caratteristico in cui il qubit perde la fase relativa tra |0⟩ e |1⟩ in una sovrapposizione. È il parametro decisivo per le operazioni quantistiche, con vincolo fisico T₂ ≤ 2 T₁.

Strategia di occupazione preventiva dello spazio innovativo tramite brevetti, volta a impedire ai concorrenti di sviluppare soluzioni alternative.

Protocollo che permette di trasferire uno stato quantistico da un punto a un altro usando entanglement e comunicazione classica. Non trasmette informazione più veloce della luce.

Tecnica di mitigazione di Algorithmiq basata su reti tensoriali in post-elaborazione, capace di gestire circuiti oltre i 50 qubit. 'Cugina' della ZNE: stesso scopo, matematica diversa.

Principio fondamentale della meccanica quantistica: è impossibile creare una copia identica di uno stato quantistico sconosciuto. Garantisce che un intercettatore non possa copiare i fotoni senza essere rilevato.

Risultato fondamentale della meccanica quantistica (Wootters-Zurek, 1982): è impossibile creare una copia esatta di un qubit in stato sconosciuto. Fondamento della crittografia quantistica e vincolo per l'error correction.

Risultato fondamentale (Aharonov-Ben-Or 1996, Knill-Laflamme-Zurek 1998): se l'errore fisico per gate è sotto una certa soglia (~1% per il surface code), è possibile eseguire calcoli quantistici di lunghezza arbitraria con overhead polinomiale in qubit fisici.

Il qubit superconduttore più diffuso: un circuito LC reso anarmonico da una giunzione Josephson, operato a ~15 mK e controllato con impulsi a microonde. Alla base degli chip IBM e Google.

Dispositivo che confina ioni atomici nel vuoto tramite campi elettrici a radiofrequenza. È la base dei computer a ioni intrappolati (Quantinuum, IonQ), dove i qubit comunicano tramite i modi vibrazionali condivisi.

Problema classico di ottimizzazione: trovare il percorso più breve che visita N città esattamente una volta e torna al punto di partenza. È NP-hard.

Misura statistica che quantifica la perdita massima attesa di un portafoglio in un dato orizzonte temporale con un certo livello di confidenza.

Situazione in cui un'impresa diventa dipendente da un fornitore specifico e non riesce a migrare verso alternative, a causa di incompatibilità tecnologiche o vincoli contrattuali.

Algoritmo ibrido classico-quantistico: il quantum computer esplora con circuiti parametrizzati, il computer classico ottimizza i parametri. Prototipo della strategia variazionale.

Generalizzazione del TSP con più veicoli, vincoli di capacità e finestre temporali. Fondamentale per la logistica.

Tecnica di mitigazione: si esegue lo stesso circuito aumentando di proposito il rumore a più livelli, si osserva come peggiora il risultato e si estrapola al punto di 'rumore zero'. È una stima statistica, affidabile solo entro certi limiti.