Il contenuto dell’articolo
- Che cos’è un computer quantistico?
- Benefici
- Come funziona qubit?
- Informatica quantistica
- Sovrapposizione e offuscamento
- decoerenza
- La probabilità di creare un PC quantistico
- Dove possono essere utilizzati i computer quantistici?
Aumentare la potenza di calcolo della tecnologia è uno dei compiti principali di scienziati e ingegneri. Un computer quantistico può risolverlo. Il dispositivo è stato sviluppato da Google, IBM, Intel e altre società. Teoricamente, un PC quantistico funzionerà 100 milioni di volte più velocemente del solito.
Che cos’è un computer quantistico?
Un tale dispositivo di elaborazione non funziona con i bit, ma con i qubit. Per questo motivo, un PC quantistico è in grado di elaborare contemporaneamente tutti gli stati possibili di un oggetto. Ma in pratica, i supercomputer eseguono lo stesso numero di operazioni logiche al minuto..
Benefici
Il vantaggio principale della nuova tecnologia è la superiorità quantistica. Questa è la capacità dei dispositivi informatici di risolvere compiti inaccessibili a potenti supercomputer. Non tutti gli scienziati supportano l’idea di creare un PC del genere. L’argomento principale contro questo è l’impossibilità di verificare la correttezza della soluzione ottenuta. Durante i calcoli, il dispositivo potrebbe commettere un errore mescolando 0 e 1 e non sarà possibile identificare il problema.
Al momento, il problema principale nella creazione della superiorità quantistica è la stabilità dei qubit. Questi elementi richiedono un’attenta gestione: rumore o vibrazioni accidentali portano alla perdita di dati che il computer è stato in grado di calcolare. Per un funzionamento stabile dell’apparecchiatura, la temperatura ambiente non deve essere superiore a 20 mK.
Come funziona qubit?
Nei computer standard, le informazioni sono rappresentate in codice binario. I bit per la memorizzazione e l’elaborazione dei dati assumono i valori 0 o 1. I transistor eseguono operazioni matematiche e il risultato della conversione del codice binario appare sullo schermo.
Qubit è un’unità di memorizzazione delle informazioni in un computer quantistico. Oltre a 0 e 1, può trovarsi in uno stato limite indefinito chiamato sovrapposizione. Per ottenere un qubit, devi prendere un atomo, ripararlo e stabilizzarlo, proteggendolo dalle radiazioni estranee, legarlo a un altro atomo.
Più tali elementi sono interconnessi, più stabile funziona il sistema. Per superare un classico supercomputer, è necessario associare più di 49 qubit. È molto difficile farlo: gli atomi, indipendentemente dai materiali utilizzati, sono sempre instabili.
Informatica quantistica
La teoria afferma che senza interazione con altre particelle, l’elettrone non ha coordinate inequivocabili nell’orbita atomica. Solo durante la misurazione l’incertezza scompare e la posizione della particella diventa nota.
La natura probabilistica delle modifiche consente l’uso del calcolo quantistico per la ricerca di database non strutturati..
Sovrapposizione e offuscamento
Il funzionamento del computer si basa su due fenomeni meccanici:
- aggrovigliamento. Un fenomeno in cui lo stato di due o più oggetti è interdipendente. Ad esempio, in 2 fotoni in uno stato impigliato, l’elicità sarà negativa e positiva. La relazione rimarrà se si rimuovono oggetti l’uno dall’altro nello spazio.
- Sovrapposizione coerente. L’impatto simultaneo sulla particella di condizioni alternative (reciprocamente esclusive).
decoerenza
Questo è un processo in cui lo stato di un sistema quantistico diventa incontrollabile. La decoerenza si verifica quando molti qubit dipendono l’uno dall’altro. Il problema si verifica quando il computer interagisce con radiazioni, raggi cosmici o un campo magnetico..
Diversi metodi sono usati per proteggere i computer dal “rotolamento” ai normali processi informatici. D-Wave Systems raffredda gli atomi a zero per proteggerli da influenze esterne. Il processore quantico è collocato in gusci protettivi, quindi il dispositivo finito è molto voluminoso.
La probabilità di creare un PC quantistico
Non è possibile creare un qubit da più particelle e solo gli atomi possono trovarsi nello stato richiesto. Per impostazione predefinita, queste particelle multiple sono instabili. Scienziati cinesi e canadesi hanno provato a utilizzare i chip di fotoni per sviluppare un computer, ma la ricerca non ha avuto successo.
Tipi esistenti di PC quantistici:
- in cristalli di silicio semiconduttore;
- sugli elettroni nei punti quantici a semiconduttore;
- in microcavità a cavità singola;
- su elementi ottici lineari;
- sugli ioni in un cristallo monodimensionale intrappolato in Paolo.
Il calcolo quantistico implica una sequenza di operazioni eseguite con uno o più qubit, che provoca cambiamenti all’intero sistema. Il compito è scegliere tra tutti i suoi stati quello corretto che dia il risultato dei calcoli. Possono esserci il maggior numero possibile di stati, il più vicino possibile al vero.
L’accuratezza di questi calcoli è quasi sempre diversa dall’unità..
Un PC quantistico a tutti gli effetti richiede significativi progressi nella fisica. La programmazione dovrebbe essere diversa da quella esistente ora. I dispositivi di elaborazione quantistica non saranno in grado di risolvere problemi che vanno oltre il potere di quelli ordinari, ma accelereranno le soluzioni di quelli a cui devono far fronte..
L’ultima svolta è stata la creazione del processore Bristlecone da parte di Google. Nella primavera del 2018, la società ha rilasciato una dichiarazione sull’ottenimento di un processore a 72 qubit, ma i suoi principi di lavoro non hanno avallato. Si ritiene che per raggiungere la “superiorità quantistica”, quando un PC inizierà a superare il solito, saranno necessari 49 qubit. Google ha raggiunto la condizione, ma la probabilità di errore di calcolo (0,6%) è rimasta al di sopra di quella richiesta.
Dove possono essere utilizzati i computer quantistici?
La crittografia moderna si basa sul fatto che è impossibile scomporre rapidamente un numero in 40-50 caratteri. I computer classici impiegheranno 1-2 miliardi di anni per farlo. Un PC quantistico eseguirà questi calcoli matematici in 25 secondi. Ciò significa che qualsiasi algoritmo di crittografia può essere decifrato all’istante..
Altre applicazioni di dispositivi di calcolo quantistico:
- modellizzazione di reazioni chimiche;
- Intelligenza artificiale;
- sviluppo di nuovi farmaci.
I moderni PC quantistici non sanno come.
I dispositivi sono in grado di eseguire un algoritmo matematico con prestazioni eccezionali..
Vengono acquisiti da grandi aziende, ad esempio, per raccogliere statistiche sugli utenti.
Cosa si intende esattamente per “computer quantistico”? Come funziona e quali sono le sue applicazioni potenziali? Mi piacerebbe saperne di più su questa tecnologia innovativa.