Cos'è il calcolo quantistico e perché il futuro della Terra dipende da esso?

La potenza di calcolo sta raggiungendo un punto di crisi. Se continuiamo a seguire la tendenza in atto da quando sono stati introdotti i computer, entro il 2040 non saremo in grado di alimentare tutte le macchine del mondo, a meno che non riusciamo a decifrare il calcolo quantistico.

I computer quantistici promettono velocità più elevate e una sicurezza più robusta rispetto alla loro controparte classica, e gli scienziati hanno cercato di creare un computer quantistico per decenni.

Cos'è il quantico e come ci aiuta?

L'informatica quantistica differisce dall'informatica classica in un modo fondamentale: il modo in cui le informazioni vengono memorizzate. Il calcolo quantistico sfrutta al massimo una strana proprietà della meccanica quantistica, chiamata sovrapposizione. Significa che una "unità" può contenere molte più informazioni rispetto all'equivalente trovato nel calcolo classico.

Le informazioni vengono memorizzate in 'bit' in stato '1' O '0,' come un interruttore della luce che si accende o si spegne. Al contrario, il calcolo quantistico può includere un'unità di informazione che può essere "

1,’ ‘0,’ o a sovrapposizione dei due stati.

Pensa a una sovrapposizione come a una sfera. ‘1' è scritto al polo nord, e '0' è scritto a sud: due bit classici. Tuttavia, un bit quantico (o qubit) può essere trovato ovunque tra i poli.

"I bit quantistici che possono essere accesi e spenti allo stesso tempo, forniscono un paradigma rivoluzionario e ad alte prestazioni in cui le informazioni vengono archiviate ed elaborate in modo più efficiente", ha affermato il dott. Kuei Lin Chiu ad Alphr nel 2017. Il dottor Chiu era un ricercatore per il comportamento quantomeccanico dei materiali presso il Massachusetts Institute of Technology.

La capacità di memorizzare una quantità molto maggiore di informazioni in un'unità significa che il calcolo quantistico può essere più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai computer che utilizziamo oggi. Allora perché è così difficile da raggiungere?

Creare qubit

I qubit, la spina dorsale di un computer quantistico, sono difficili da realizzare e, una volta stabiliti, sono ancora più difficili da controllare. Gli scienziati devono farli interagire in modi specifici che funzionerebbero in un computer quantistico.

I ricercatori hanno provato a utilizzare materiali superconduttori, ioni tenuti in trappole ioniche, singoli atomi neutri e molecole di varia complessità per costruirli. Tuttavia, costringerli a trattenere le informazioni quantistiche per lungo tempo si sta rivelando difficile.

In una recente ricerca, gli scienziati del MIT hanno ideato un nuovo approccio, utilizzando come qubit un gruppo di molecole semplici composte da soli due atomi.

"Stiamo usando molecole ultrafredde come 'qubit'", ha detto ad Alphr nel 2017 il professor Martin Zwierlein, autore principale dell'articolo. “Le molecole sono state a lungo proposte come portatrici di informazioni quantistiche, con proprietà molto vantaggiose rispetto ad altri sistemi come atomi, ioni, qubit superconduttori, ecc. “Qui dimostriamo per la prima volta che è possibile immagazzinare tali informazioni quantistiche per lunghi periodi in un gas di molecole ultrafredde. Naturalmente, un eventuale computer quantistico dovrà anche eseguire calcoli, ad esempio, far interagire i qubit tra loro per realizzare le cosiddette "porte". Zwierlein ha continuato: "Ma prima, devi dimostrare che puoi persino aggrapparti alle informazioni quantistiche, ed è quello che abbiamo Fatto."

I qubit creati al MIT hanno mantenuto le informazioni quantistiche più a lungo rispetto ai tentativi precedenti, ma solo per un secondo. Questo lasso di tempo potrebbe sembrare breve, ma è "in realtà dell'ordine di mille volte più lungo di un esperimento comparabile che è stato fatto", ha spiegato Zwierlein.

Più di recente, i ricercatori dell'Università del New South Wales hanno compiuto un significativo passo avanti nella spinta verso il calcolo quantistico. Hanno inventato un nuovo tipo di qubit chiamato a qubit infradito, che utilizza l'elettrone e il nucleo di un atomo di fosforo. Sono controllati da un segnale elettrico invece che magnetico, rendendoli più facili da distribuire. Il qubit "flip-flop" funziona allontanando l'elettrone dal nucleo utilizzando un campo elettrico, creando un dipolo elettrico.

Oltre i qubit

Tuttavia, non sono solo i qubit che gli scienziati devono capire. Devono anche determinare il materiale per realizzare con successo chip di calcolo quantistico.

Chiù carta, pubblicato all'inizio del 2017, ha trovato strati ultrasottili di materiali che potrebbero costituire la base per un chip di calcolo quantistico. Chiu ha detto ad Alphr: "La cosa interessante di questa ricerca è come scegliamo il materiale giusto, scopriamo le sue proprietà uniche e usiamo il suo vantaggio per costruire un qubit adatto".

"La legge di Moore prevede che la densità dei transistor sui chip di silicio raddoppi circa ogni 18 mesi", ha detto Chiu ad Alphr. “Tuttavia, questi transistor progressivamente ridotti raggiungeranno infine una piccola scala in cui la meccanica quantistica svolge un ruolo importante”.

La legge di Moore, a cui si riferiva Chiu, è un termine informatico sviluppato dal co-fondatore di Intel Gordon Moore nel 1970. Afferma che la potenza di elaborazione complessiva dei computer raddoppia circa ogni due anni. Come afferma Chiu, la densità dei chip diminuisce, un problema a cui i chip di calcolo quantistico possono potenzialmente rispondere.

Il calcolo quantistico è il vaporware definitivo?

Cos'è il vaporware?

Nel caso in cui non hai mai sentito parlare del termine vaporware, è essenzialmente un prodotto relativo al software pubblicizzato ma non ancora disponibile o forse non lo sarà mai. Un esempio è un prodotto software che è stato pesantemente commercializzato ma non ha mai visto la luce del giorno.

Nonostante le persone abbiano fatto previsioni ottimistiche per decenni sull'impatto dei computer quantistici e dei vari progressi negli ambienti aziendali e di ricerca, quanto siamo vicini a realizzare il sogno del quantico informatica? Questa situazione è una previsione del futuro vaporware o diventerà qualcosa di utile?

Approfondiamo il realtà del calcolo quantistico in un altro articolo. In sintesi, un computer quantistico probabilmente eseguirà un calcolo molto irrealistico più velocemente di un computer convenzionale nel prossimo anno o due. Tuttavia, non sarà un processo semplice e non sarà economico o vantaggioso per i consumatori di tutti i giorni.