COMPUTER QUANTISTICI: le proprietà fondamentali dei QUBIT
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- Опубліковано 21 січ 2023
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In questo video capiamo cosa è un Qubit (o Qbit) e le due proprietà quantistiche fondamentali che lo governano: la sovrapposizione di stati e il collasso dello stato durante la misura. Si tratta di due leggi della meccanica quantistica e che stanno alla base del Qubit e dei computer quantistici. Alla fine del video saremo anche in grado di vedere la più semplice applicazione di un Qubit che i computer classici non possono realizzare: la generazione di numeri casuali.
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BIBLIOGRAFIA DI QUESTO VIDEO:
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C.E. Shannon, "A Mathematical Theory of Communication", Bell System Technical Journal, vol. 27, luglio-ottobre (1948)
Non so come ringraziarti per questo video. Sono anni che cerco di capire come “funziona” il qubit e solo adesso ci ho capito qualcosa. La parola magica era “collassa” in uno dei due stati. Grazie di vero cuore
L'Uomo in Erba divulga le Scienze Naturali in modo semplice e comprensibile, in cui sono presenti tutte le informazioni più importanti. Le sue puntate di Fisica sono stupende e le più comprensibili che abbia visto fino ad ora. Non posso non sentirmi idealmente unito in un Entanglement quantistico. Grazie
Bravissimo e' la prima volta che riesco ad avere un idea almeno apparentemente un po' piu' sensata di come funziona un qbit !! grazie mille
Bei video , da studente di Ingegneria Informatica li seguo tutti perchè mi piace la scienza ;) E lavorando nel ramo ICT beh non potevo perdermi questo
Complimenti sinceri! Grazie!
Complimenti per la chiarezza e la semplicità☺
Grazie LiberTeka! :) Simone
Bravo Simone, spieghi molto bene!
Bellissimo video come sempre e soprattutto spiegato sempre in modo semplice e chiaro e alla portata di tutti.
Grazie mille Paolo! Ciao :) Simone
Bellissima spiegazione, grazie Simone!
Ciao Ugo! Grazie mille :) Un abbraccio, Simone
Molto interessante e sempre chiarissimo. Grazie professore.
Grazie Alebigna! :) Simone
Super come sempre Simone
Sempre grande,Simone!👍👍👍👏👏👏
Complimenti per il video: molto chiaro!
Come sempre succede riflettendo, poi, nascono le domande: chiaro il concetto di vera casualità quantistica ma questo parte dal presupposto di avere una probabilità 50%/50% tra i 2 autostati ammissibili (es. Spin up/fown). Questo però non è realizzabile con esattezza e quindi ricadremmo nella pseudocasualita. È corretto questo pensiero o sto perdendo qualcosa?
Grazie infinite
Vero generatore di fascino quantistico! E non a caso! Ottimo.👍😀
ehehe Grazie Alessandro :) Ciao, Simone
Fantastico! Avevo segnalato proprio quest'argomento nel tuo sondaggio e sono felicissimo che tu lo abbia accolto, Simone! Mi occupo di intelligenza artificiale e mi piacerebbe esplorare le possibilità che possono derivare dal quantum computing per il machine learning. Grazie Simone e super complimenti per il tuo preziosissimo lavoro di divulgazione!
magnifica spiegazione
Nonostante la chiarezza e la semplicità di espressione, che sono innegabili, penso che dovrò rivedere il video più volte. L'argomento è interessantissimo, ma mi piacerebbe molto se lei potesse raccontarci chi è stato il primo scienziato ad intuire l'esistenza della meccanica quantistica e cosa (quale fenomeno fisico) lo ha indotto a formulare tale teoria. È vero, potrei fare una ricerca da sola, ma sono sicura che una sua spiegazione sarebbe più produttiva per me 😉 La ringrazio molto per la sua divulgazione, sono iscritta da poco al canale ma lo seguirò con interesse.
La legge di Planck, formulata da Max Planck nel 1900, afferma che l'energia associata alla radiazione elettromagnetica è trasmessa in unità discrete o quanti, successivamente identificati nei fotoni. Egli intuì che l'energia non fosse un fluido continuo ma un insieme di pacchetti (i fotoni, appunto). Studiando il fenomeno del "corpo nero" che portava alla famosa "catastrofe dell'ultravioletto", egli diede una soluzione all'annoso problema introducendo i "quanti" come escamotage matematica... Mi fermo qui: in sostanza, sembra che siamo fatti di piccoli mattoncini e questi mattoncini sono i quanti.
opss... e io che pensavo che negli anni 80 il mio Commodore 64 generasse veramente numeri casuali! Chiarissima spiegazione! Ssempre grazie Simone!
‘Il caso non esiste’… cit. 🌸🐢
Tutto molto chiaro, ma evidentemente mi sfugge qualcosa: la condizione di partenza dello spin (Fatto n°2) consente a chi osserva di poter determinare con esattezza assoluta dove si sposterà (su o giù); dove sarebbe qui la casualità? Non ci troviamo invece di fronte a un evento determinabile con certezza assoluta?
io e la meccanica quantistica (ma non solo) abbiamo litigato da piccoli, come faccio a conoscere lo stato di sovrapposizione?
5:52 in che senso un bit classico è formato da tantissime particelle?
Credo intenda che costruiamo i bit con sistemi macroscopici, si fa per dire, se per esempio attualmente siamo arrivati a una geometria dei microchip con definizione di 10 nanometri significa che possiamo costruire i transistor, che memorizzano i bit, con circa 100 atomi di dimensione, che per quanto piccolo è ben lontano dal memorizzare un bit per atomo.
Ciao, video fantastico come sempre! Come si fa a determinare se gli elettroni di partenza abbiano 80% spin up e 20% spin down? inoltre, non potrebbe essere che come noi non sappiamo tutte le variabili che influenzano il risultato finale di un dado, ci sia qualcosa che influenzi il decadimento a uno stato (up o down) di cui però noi non siamo a conoscenza, siccome i nostri strumenti sono limitati? Quel che voglio dire è: magari non è casualità pura, semplicemente non abbiamo gli strumenti per percepire ciò che influenza questi fenomeni
Zwlo hai scritto esattamente le domande che avevo in mente.
Ma riguardo la crittografia quello che interessa veramente è l'imprevedibilità.
Quindi è ok. 😄
Lo stato è indeterminato per principio di indeterminazione appunto, le variabili nascoste son state escluse fin dagli esperimenti di Aspect in poi fino agli ultimi esperimenti e per come funzionano le tecnologie quantistiche, e da cui il premio Nobel dell’anno scorso.
Penso che lei abbia buon senso nel porre in dubbio la realtà ontologica del caso. Se si ammette infatti l'esistenza del caso come "entità", come forza autonoma e capricciosa, sorgono imbarazzanti paradossi. Leggo nel commento dell'utente @carlo che l'inesistenza delle variabili nascoste sia stata definitivamente dimostrata, e cita gli esperimenti di Aspect, che in realtà confermano il fenomeno di entanglement e il teorema di Bell sulla non località di tale fenomeno. E ciò va bene. Ma l'ormai assodato principio di non località non implica affatto la non esistenza di variabili nascoste nel fenomeno del collasso della funzione d'onda, non v'è nessuna ragione per crederlo né evidenza matematica. Pertanto, affermare che la non prevedibilità assoluta dello stato puro in cui collasserà l'elettrone "non dipende dai nostri limiti conoscitivi" potrebbe risuonare come una delle tante manifestazioni della hybris umana. E se proprio si volesse mantenere un atteggiamento rigorosamente logico, allora occorrerebbe asserire che: "il risultato del collasso della funzione d'onda alla nostra osservazione si presenta come conseguenza di un fenomeno casuale, ed è probabile che lo sia. Ma è altrettanto probabile che intervengano invece elementi deterministici a noi inaccessibili".
Insomma, addio a tutta la sicurezza dati (dal conto bancario alla propria chiave privata di Bitcoin). Ci sarà molto da fare per aggiornare tutto l'attuale sistema informatico a questo nuovo standard!
Ma quando lasciamo cadere una matita che prima era bloccata in verticale la direzione della sua caduta sarà puramente casuale?
Quella è predeterminata dalle variabili di orientamento della matita stessa e della sua forma rispetto alla superficie del tavolo e e del pianeta sotto…
Il guadagno di prestazione per i calcoli in parallelo rispetto ai computer classici come si ottiene?
No, il motivo e' lo stesso dell'esempio del dado che faceva Simone.
Il medesimo criterio dell'ignoranza di informazione secondo me, è applicabile anche al collasso della funzione d'onda.
Infatti noi semplicemente non sappiamo come avviene la selezione dello stato collassato tra quelli possibili. Ovvero, nell'esempio di un elettrone con 80% spin su e 20% giù, sapendo in quale modo l'elettrone "decide" di collassare nel caso 20% invece che 80% non parleremmo più di probabilità.
Che ne pensi?
In ogni caso grazie per i tuoi video che sono sempre chiari sintetici e cmq esaustivi.
È esattamente così. Siamo limitati dai nostri strumenti e le capacità di osservazione. Non potendo osservare un fenomeno senza modificarne lo stato, siamo arrivati a un punto di arresto.
Se esistessero fenomeni non causali, non esisterebbe il principio di conservazione dell'energia, essenzialmente ogni legge fisica di sempre sarebbe da buttare. Questo, per quello che sappiamo fino ad oggi, è assurdo. Il principio di conservazione è sempre rispettato sotto ogni condizione iniziale, e indipendentemente dal sistema di riferimento (chiaramente considerando l'energia totale del sistema).
Per fare un altro esempio di fenomeni e leggi che non terrebbero più (vale per ogni altra cosa): aumento dell'entropia, leggi della meccanica, leggi della termodinamica...
Secondo Lei potrebbe esserci la possibilità che l'elettrone porti con se la stessa nostra “ignoranza" di casualità? Quindi cioè, che le dinamiche interne ad esso, se conosciute, diano un risultato deterministico?
Con l'attuale concetto di casualità a livello quantistico, per quale motivo non vedo la realtà classica in continua mutazione?
Già.....
In modo genuino rispetto al gruppo di appartenenza . Per il singolo elettrone e la sua "usabilità" quindi poterlo osservare valgono da considerarsi sempre solo gli stati puri.
È intrinseco nella spiegazione che un qbit è enormemente più potente come capacità di calcolo di un singolo bit.
Come i costruttori riescano a costruire cpu che possono sfruttare queste caratteristiche credo sia complicato (non me ne sono mai occupato)
Ma in teoria per i numeri veri causali bisognerebbe cambiare di base l'algoritmo, o sbaglio? Visto che un calcolatore classico per generare un numero usa la data e l'ora in cui viene lanciato lo script e la manipola, in modo da far uscire un numero "random" (almeno, per i PC classici)
Se cambi l'algoritmo avrai un numero in uscita diverso, ma non sarà casuale. Tu hai sempre un valore in entrata, in gergo detto seme, e uno in uscita. Se il seme è uguale il numero in uscita è uguale con le stesso algoritmo. Nella pratica si cerca di rendere imprevedibile il seme, ad esempio si passa come seme un numero di sistema che rappresenta i millisecondi dall'avvio del PC, o cose simili. Però appunto anche questo è un metodo che si basa sull'ignoranza delle condizioni iniziali, non un vera casualità.
Ciao TheDollMaster, come dice Renzo nel suo commento al tuo, nei PC classici se si parte dalle stesse condizioni iniziali e si usa lo stesso algoritmo si arriva allo stesso numero pseudocasuale. :) Grazie, Simone
Quindi l'osservatore interagisce con l'elettrone e il fatto di osservarlo fa collassare la sua funzione d'onda e determina spin up o spin down? Ma ogni osservatore vedrà uno dei due spin?
Ciao Raffy! Quando un osservatore osserva lo spin di un elettrone, lo stato collassa su uno stato puro, per esempio "spin su". Se poi in seguito un secondo osservatore osserva lo stesso elettrone con lo stesso strumento, allora otterrà sempre spin su, anche se lo misura mille volte. Lo chiarirò in un altro video! Grazie del suggerimento indiretto :) Simone
Non proprio, non è il fatto di osservare l'elettrone a determinare lo spin up o down. L'osservazione determina il collasso della funzione, non determina il valore che questo può assumere che è completamente casuale (quantomeno questo è quello che sappiamo fino ad ora). Il meccanismo con il quale avviene il collasso della funzione d'onda non è ben noto.
Quello che si sa con (una certa) certezza è solo che nella meccanica quantistica esiste questa impossibilità di determinare il valore, aprioristicamente ed in maniera univoca, di certe caratteristiche (in gergo vengono definiti " _osservabili_ ") di un sistema quantistico, sappiamo che il valore di questo osservabile può essere descritto da un'onda (la funzione d'onda) che rappresenta la probabilità che quell'osservabile assuma un determinato valore in un determinato punto ed in un determinato istante, e sappiamo che solo quando misuriamo il sistema riusciamo ad ottenere un valore univoco di quell'osservabile.
Inoltre sappiamo che una volta che è avvenuto il collasso, il valore dell'osservabile resta univoco e fissato per ogni altra successiva misurazione (fra l'altro questa caratteristica in particolare è un altro fenomeno che può essere sfruttato nella crittografia quantistica).
Il perché ed il percome esattamente questo avvenga non lo sappiamo ancora.
Guarda che osservare vuol dire "misurare strumentalmente" e quindi interferire in qualche modo e questo fa collassare lo stato; un po' come dire a un funambolo "lasciami salire sulla corda che ti prendo le misure..." Addio equilibrio e o a dx o a sx lui cadrà!
L'esempio dei dadi é da stretta di mano bella forte e decisa
Il gatto di Schrödinger si trova nella condizione di gatto arrabbiato 😂
Per " stati puri " si intendono gli autostati giusto?
Ciao Simone, esatto. Definita una misura in laboratorio (per esempio misuro lo spin in direzione verticale), ad essa è associato un operatore Sz, che ha autostati spin su e spin giù, con autovalori +-1/2 h tagliato. :) Simone
Avevo un dubbio. Ora me lo ha chiarito. Grazie. È un semplice generatore di numeri casuali. Semplice si fa per dire.
Dove è scritto che una data combinazione lineare di autostati sia casuale e non causale ? caratteristica di uno stato del sistema che in quanto non ideale può essere DETERMINATO da condizioni esterne e al contorno, nel tempo e nello spazio. Dato un generatore di numeri si può definire casuale se passa il test di Marsaglia, che graficamente si sintetizza in una serie di semirette parallele, se invece si intersecassero sarebbe pseudocasuale. Il qBit supera questo test ? ;-)
Dottore, sai cosa mi ricorda il "collasso" dello stato di un elettrone? La "transustansazione" dell'ostia, che da amidacea diventa sangue o carne, o tutte e due le cose.
Seriamente: ma siamo davvero sicuri di averla capita appieno, 'sta meccanica quantistica?
Mi sa di no.
Le proprietà quantistiche prevedono anche la copia dello spin di particelle sovrapposte in maniera immediata.
Quindi fuori dal tessuto della gravità.
Non esistono due gatti di Schrödinger, e non esiste uno sdoppiamento della realtà.
Anche nell'esperimento della doppia fenditura , osserviamo la diffrazione , e non il pattern , se riempiamo la gravità con un sistema per ottenerne l'osservazione , con la quale interagisce.
Simone tu sei eccellente ,ma io sono abbastanza capra: mi sfugge il concetto di osservazione che fa variare lo stato del qubit...di per se quando eseguo la misurazione dello spin, non sto facendo un'osservazione? E come faccio a fare una misurazione che non generi il "crollo dello stato" del qubit ?
Beh semplicemente non si può.
Quando si parla di " _osservazione_ " lo si intende in maniera molto ampia.
Non ci si riferisce strettamente ad un essere umano (o un essere senziente in generale) che con uno strumento misura un sistema quantistico, ma si intende che qualunque altro sistema quantistico che, per qualunque motivo, interagisce con il sistema quantistico "target", ne fa collassare la funzione d'onda.
Questo è *IL* problema dei computer quantistici: è estremamente difficile tenere sufficientemente isolati un numero sufficiente alto di qbit per un tempo sufficiente lungo, in modo che la loro funzione d'onda non collassi
interessante ma si tratta della spiegazione che si sente ovunque. Nulla riesco a sapere di come da questo frullatore casuale quantistico si possano eseguire operazioni e applicazioni
Perdonami ma ho la cliente che aspetta la pokè a porta della verità 😂. Un saluto (organizza qualche video con Carlo)
c'è solo una cosa che non mi è molto chiara, a livello "materiale" il qubit è un elettrone?
Quanto vorrei vederla ospite per una volta del canale INGLORIUS GLOBASTARDS 🙏 complimenti
Ciao Rocco, non conoscevo questo canale. Ci darò un'occhiata :) Simone
@@PepitediScienza è spettacolare, ti garantisco! Guarda i temi e gli ospiti. Il canale è di Alberto Forchielli e Fabio Scacciavillani. Guarda ad esempio la puntata di poco tempo fa che parla proprio dei computer quantistici, o ad esempio le ultime che parlano di intelligenza artificiale. In passato, ho fatto il tuo nome, perché in una puntata vogliono parlare di fusione nucleare. 👋
Ps i canali di tecnologia e politica che seguo di più sono: il tuo, il loro, poi PENSA FORTE di Alessio e LAMPI DI TESLA di Fabrizio
Ma cos'e" il caso?
Eppure non posso fare ameno di sospettare che ci sia qualcosa "dietro" la meccanica quantistica.
Ciao Rai Kom! Certo, fai bene. È possibile che esista una teoria più profonda della meccanica quantistica :) Ne parlerò in altri video più avanti. Grazie! :) Simone
Ovviamente i *pothery 40* 😧
Almeno questo lo pensi , io non ci ho capito niente
Ci sono le macchine di Matrix 😮
@@itsiwhatitsi 😅👍🏽
Potremmo dire che la casualità avviene per la non conoscenza! Come 100 anni fa' non conoscevamo bene le forze che agiscono sul dado. Adesso non sappiamo cosa influenza la saturazione dello spin.
Beh no.
Per quanto ne sappiamo fino ad oggi, è dimostrato che l'indeterminazione di un sistema quantistico non dipende dall'assenza di informazioni sul sistema, ma è una proprietà intrinseca dei sistemi quantistici.
A tal proposito puoi cercare su internet informazioni sul Teorema di Bell, oppure di questa questione Simone ne ha già parlato in passato in ben due video (uno dal titolo " _La luna esiste quando non la osservo? L'ATTACCO EPR di EINSTEIN alla MECCANICA QUANTISTICA_ " e " _Bell smentisce Einstein: SPIEGATO CON UN RACCONTO senza matematica_ ")
Buonasera, sono un meccanico quantistico: avete per caso visto la mia chiave quantistica da tredici??
L’ho vista fare un salto quantico fuori dalla finestra e beccare un wormhole per il terzo quadrante di Andromeda, prova a far domanda a un ufficio oggetti smarriti da quelle parti, ma ci vuole un’eternità, la burocrazia è l’unica costante dell’universo…
Di questi video ce ne sono a bizzeffe. Son cose dette e ridette in tutte le salse ma non spiegano nulla: come funziona un computer quantistico?
Come lo utilizzo per fare dei calcoli?
Generando un milione di elettroni con spin 50/50, una volta che verranno osservati il 50% di spin su(o giù) saprò che il restante sarà tutto con spin opposto, sbaglio?
Si, sbagli, a meno che tu non abbia la fortuna di ottenere, per le prime 500 000 misurazioni, tutti spin giù, cosa che è statisticamente estremamente improbabile.
Ma anche in questo caso si tratterebbe di una certezza statistica che non necessariamente si riflette nella misurazione reale (non a caso Simone ha usato la parola " _circa_ "...) perché nulla vieta che nella tua sequenza di 1 milione di misurazioni tu ottenga, come risultato, 500 001 spin su e 499 999 spin giù.
Come vedi, sbagli almeno per due motivi
Ciao Mirko, la misura di ogni singolo elettrone è indipendente dalle altre, quindi le misure precedenti non influenzano le misure sugli elettroni successivi. Potresti benissimo ottenere altri 500 mila spin su come i primi 500 mila! è improbabile ma impossibile. La cosa cambia se invece effettui misure sullo stesso elettrone: in quel caso cosa hai misurato prima influenza le misure successive. Ne parlerò in un video. Grazie mille :) Simone
Sarà...
Non è completamente corretto dire che un bit tradizionale possa assumere solo le due condizioni "canoniche" ben note.
In condizioni particolari, un bit, identificabile con un elemento di memoria, può assumere anche un terzo stato, detto metastabile, che stà a metà fra lo stato di zero e quello di uno.
Se questa condizione si verifica in un circuito digitale, esso generalmente " sbaglia " e produce una condizione errata su una delle sue uscite.
I processori digitali sono realizzati in modo che non si verifichi mai questa condizione di errore, a meno che non vengano utilizzati in modo inappropriato, ad esempio facendoli funzionare ad una velocità che non è quella prevista...overclocking..????
I Qbit sono tutta un'altra storia e comincio a capirci qualcosa, grazie a questo canale.
Tempo fa avevo acquistato un libricino sulla meccanica quantistica di un tale Rovelli: è senza dubbio un genio, ma per il mio livello spara troppo in alto, insomma mi ha parecchio annoiato e mi ha fatto venire pure il mal di testa nel leggerlo : questo canale è tutta un'altra storia...
A livello quantistico il caso non esiste, e potremmo persino predire il futuro... come nella Psicostoria descritta da Asimov.
L'inventore della meccanica quantistica non ha ancora capito cosa sia la meccanica quantistica 😵💫
in realtà non è propriamente esatto il discorso della casualità genuina perché sono stati fatti diversi esperimenti in cui si è dimostrato che in quantistica l'osservatore influenza il risultato
A cosa ti riferisci in particolare? Vuoi dire che il risultato della misurazione cambia in base al modo in cui questa viene effettuata?
Ciao Michel, potresti fare un esempio? Il fatto che l'osservazione faccia collassare lo stato su uno stato puro è proprio il punto della meccanica quantistica che introduce questo fattore di casualità :) Grazie, Simone
Vero stato "casuale"... finché il prossimo Einstein non scoprirà il motivo per cui uno stato indeterminato decade in un preciso stato determinato. Insomma, credo ancora che Dio non giochi a dadi e che il concetto di caso venga comodo per giustificare l'incapacità di competere a fondo le cose.
Ma il qubit non si misura prima si legge dietro la porta
Sovrapposizione di stati manderà gli elettroni in crisi di identità 🤣. Perdonami ma ho bisogno di scherzarci su ogni tanto 😂
Quindi, in pratica, nemmeno voi sapete come funziona questo qbit, perchè se non si può sapere quale è la "reale" posizione dell'elettrone ma il tutto funziona comunque, la si dovrebbe chiamare "Magia", ma nessuno ha il coraggio di ammetterlo, perchè se fosse veramente "casualità", non potrebbe essere perfetto, commetterebbe degli errori ma, a quanto sembra, non ne fa.....
Ok facciamo saltare questo qubit.lo blocchiamo questo spin saltiamo sei salti a detra e due a sinistra .lo possiamo ruotare cosa ci fai con un spin che va a destra e a sinistra
Argomento motlo complesso.
E hai anche il coraggio di farti pubblicità.
Il processore quantistico funziona così
Partendo dal fatto che oramai ci sono diversi processori in parallelo, capita a volte che uno di questi debba aspettare un risultato da uno dei suoi "fratellini" per procedere al calcolo specifico a lui assegnato ..... Allora lui comincia a fare comunque il suo lavoretto prevedendo diversi possibili risultati del fratellino (che ancora non ha finito) facendosi aiutare anche dai fratellini momentaneamente inoccupati.
Quando finalmente arriverà la risposta dal fratellino lento ecco che ci sarà la risposta già pronta tra le tante possibilità già calcolate senza iniziare il calcolo da quel momento li.
Il difetto?
Che se la previsione non è ben fatta
1 una miriade di calcoli inutili senza indovinare quello giusto tra i tanti possibili e così c'è da tornare al metodo tradizionale
2 i processori sempre a palla dunque più consumo e deterioramento più breve.
In sostanza hanno inventato un processore indovino o se più vi aggrada chiromante.
Quando ci azzecca nella previsione è un missile ma bisogna vedere se ci azzecca
Scusate se ho scritto per farlo capire ad un bimbo di 5 anni.
1 oppure 0 o più o meno boh... :] miaow .che palle di pelo vomita il gatto in scatola senza bisolfiti,ma con fiala?il q bit è in ogniverso
secondo me i computer quantistici non si potranno mai realizzare