Questa e' una buona domanda poiche' fisici diversi tifano per diverse "realizzazioni" del computer quantistico con i loro pro e contro. Quindi, anche se il concetto di computer quantistico e' fondamentalmente uno svoluppo della meccanica quantistica, esso puo' essere concretizzato in cose molto molto diverse fra loro.
Una cosa "buona" per sviluppi futuri e' che, indipendentemente dal setup per cui si tifa, i fisici cercano, a qualche livello, di costruire una interfaccia che traduca i risultati del computer quantistico in cose facilmente misurabili (tipicamente correnti molto piccole oppure potenziali). Nel lavoro che sto sviluppando di recente (caso estremamente specifico), per esempio, l'ultimo passaggio che proponiamo per rivelare lo stato del "nostro qubit" e' una misura di corrente che scorre fra due contatti metallici legati ad un semiconduttore e, sperimentalmente, l'analisi di sistemi simili, dice che la corrente aumenta di circa il 5% nello stato 1 rispetto allo stato 0. In questo particolare caso l'ultima misura che si fa e' "classica", non quantistica. E si dice che proietta il risultato su 0 o 1 con probabilita' date dallo stato quantistico in questione...
Pero' non me la sento veramente di parlare di come immagino io un computer quantistico poiche' inizierei a divagare di vortici di elettroni su semiconduttori che vengono spostati e descrivono trecce (computer quantistico TOPOLOGICO). Io tifo per cose molto strane e divertenti ma non proprio ortodosse.
Nell'esperimento da cui siamo partiti invece le cose sono molto piu' ortodosse: costruiscono un cristallo che non e' perfetto ma ha qualche buchetto dato da qualche atomo di azoto che si infila fra quelli di carbonio.
Da un lato l'azoto ha un elettrone in piu' del carbonio e questo elettrone se ne sta li' senza saper bene cosa fare, dall'altro l'atomo di carbonio piu' vicino all'azoto (dicono 2 o 3 nm) si comporta un poco diversamente da tutti gli altri poiche' sente la presenza di questo elettrone in piu'. In particolare questo atomo ha un grado di liberta' che e' lo spin del suo nucleo (immaginatevelo come il piu' piccolo magnetino possibile).
Quindi l'idea e' di usare il "magnetino" costituito dal nucleo di carbonio per "registrare" informazione e l'elettrone in piu' dell'azoto per leggere questa informazione. Per scrivere l'informazione usano dei laser (a bassa frequenza) che sparati sull'atomo di carbonio in questione (in realta' credo lo sparino a tappeto su tutta la zona del cristallo) per i tempi giusti, possono girare il magnetino nella direzione che preferiamo (non necessariamente alto/basso ma anche tante porcate piu' complesse che nascono dalla meccanica quantistica e che possono essere vagamente pensate come le altre due direzioni).
Quindi gli ingredienti in questo caso sono: un laser a radio-frequenza per scrivere sul nucleo di carbonio, un laser a microonde per usare l'elettrone per leggere il nucleo di carbonio, qualche bobina attorno al tutto per avere i giusti campi magnetici (250 gauss, sono bassini).
Per capire come scrivere sul carbonio si puo' calcolare, per esempio, che applicare il laser a radiofrequenza per 1,5 ms e' come applicare un NOT al carbonio. Invece per leggere (classicamente) lo stato del carbonio occorre controllare quale frequenza del laser a microonde "risuona" meglio con l'elettrone, il che richiede penso qualcosa come 10 ms. Il risultato finale e' che l'informazione salvata sul carbonio sopravvive per circa 2 secondi, quindi ci si puo' lavorare sopra un migliaio di volte prima di dover resettare il qubit...
Quindi, in questo caso ( dove il qubit e' uno spin nucleare), un computer quantistico fa affidamento su laser vari e un campo magnetico. E qui non misuro correnti ma misuro intensita' dei laser che escono dal sistema, in sostanza.
Un altro sistema molto comune e alternativo (pero' occorre abbassare la temperatura) e' usare dei superconduttori: in questo caso in genere non si usano laser ma i campi magnetici hanno ruoli molto piu' importanti e ho bisogno di tanti campi magnetici localizzati in diverse posizioni. Per esempio in questo setup ho bisogno di controllare e regolare per bene i campi magnetici che entrano nei quadratini:
Gli approcci piu' simili all'elettronica sono anch'essi molto freddi e si basano sul costruire circuitini metallici su semiconduttori in maniera da creare delle piste in cui gli elettroni si possono muovere o delle trappole in cui gli elettroni saltano dentro e fuori. In questo caso in genere non si usano campi magnetici, ma occorrono diversi contatti con voltaggi diversi che devono variare molto velocemente e in modo molto preciso. Alla fine qui si misurano cariche, correnti o voltaggi e le cose sono piu' semplici. L'immagine tipo potrebbe essere questa:
Ad occhio mi sembra che queste tre realizzazioni (quella atomica basata su spin e laser, quella superconduttiva e quella semiconduttiva) siano le piu' semplici e consolidate sperimentalmente. Il problema e' che finora abbiamo parlato di singoli qubit, la cosa difficile e' gestirne tanti assieme e farli interagire nel modo giusto: cosa che diventa molto difficile per piu' di due qubit.
Poi ci sono proposte piu' esotiche (la voce da pornostar ovviamente)... ma di questo magari parlero' un'altra volta.