Jim Clark, director de maquinari quàntic d'Intel, amb un dels processadors quàntics de la companyia. Foto; Intel
- Els ordinadors quàntics són una tecnologia extremadament emocionant que promet crear potents capacitats informàtiques per resoldre problemes abans insolubles.
- Els experts diuen que IBM ha liderat el camí en la informàtica quàntica, per això Google, Intel, Microsoft i una sèrie de startups estan sota la seva influència.
- Els inversors se senten atrets per les startups d'informàtica quàntica, com ara IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems i Rigetti, que podrien pertorbar el mercat.
- Tanmateix, hi ha un problema: els ordinadors quàntics moderns generalment no són tan potents ni tan fiables com els superordinadors actuals, i també requereixen condicions especials per iniciar-se i arrencar.
Al gener, IBM va fer onades quan va anunciar l'IBM Q System One, el primer ordinador quàntic del món disponible per a empreses. El dispositiu estava allotjat en una elegant caixa de vidre amb un volum de 9 peus cúbics.
Aquesta és una fita important per als ordinadors quàntics, que encara es troben en laboratoris de recerca. Segons IBM, els compradors ja busquen posar-se a les mans de la tecnologia, que és prometedora en diverses àrees: química, ciència dels materials, fabricació d'aliments, aeroespacial, desenvolupament de fàrmacs, previsió de borsa i fins i tot el canvi climàtic.
IBM Q System One. Foto: IBM
El motiu de l'emoció és que un ordinador quàntic té propietats aparentment màgiques que li permeten processar de manera exponencial més informació que un sistema convencional. Un ordinador quàntic no és només un ordinador molt ràpid; més precisament, és un paradigma informàtic completament diferent que requereix un replantejament radical.
La guanyadora de la cursa tecnològica serà l'empresa que aprofiti les oportunitats que ofereix aquesta tecnologia. IBM, Microsoft, Google i altres gegants tecnològics, així com startups, aposten per aquesta tecnologia.
Business Insider va preguntar al vicepresident d'IBM Q Strategy and Ecosystem, Bob Sutor, sobre com fer que aquests sistemes siguin accessibles per a la gent: Com hi accedirà la gent? Com poden moltes persones aprendre a utilitzar ordinadors quàntics per dur a terme les seves tasques?
Hi ha poques possibilitats de veure ordinadors quàntics a l'oficina aviat. Els experts amb qui vam parlar creuen que, tot i estar disponible per a IBM, passaran cinc o deu anys més abans que la informàtica quàntica arribi realment al corrent principal. IBM Q System One actualment només està disponible com a servei de cloud computing per a clients seleccionats. Passarà un temps abans que la gent pugui comprar alguna cosa com aquesta i posar-la en funcionament per als seus propis propòsits.
De fet, els experts diuen que els ordinadors quàntics són molt prometedors, però estan lluny de la producció en massa. Són extremadament fràgils i requereixen condicions especials per treballar. A més, els ordinadors quàntics d'avui no són tan fiables ni tan potents com els ordinadors que ja tenim.
"Creiem que d'aquí a uns deu anys, un ordinador quàntic canviarà la teva vida o la meva", va dir Jim Clark, director de maquinari quàntic d'Intel, a Business Insider. — De fet, ara només som a la primera milla de la marató. Això no vol dir que no ens preocupem".
Què és un ordinador quàntic?
Bill Gates va dir una vegada que les matemàtiques darrere del quàntic estaven més enllà de la seva comprensió, però no tothom hi estava d'acord.
"És una mica una idea errònia que la física quàntica és física i és massa complicat", diu a Business Insider Chris Monroe, CEO i cofundador d'IonQ. "El que fa que sigui incomprensible per a molta gent és que és incomprensible, però és tan incomprensible per a mi com per a tu". Si alguna cosa pot estar en una superposició, vol dir que pot estar en dos estats alhora. És estrany perquè no ho experimentem en el món real".
Els ordinadors que hem utilitzat mostren dades com una cadena d'1s o 0s anomenada codi binari. Tanmateix, un ordinador quàntic pot representar dades com 1, 0 o, el més important, tots dos nombres alhora.
Quan un sistema pot estar en més d'un estat alhora, s'anomena "superposició", una de les propietats aparentment màgiques de la computació quàntica. L'altre principi clau aquí és l'"entrellaçament", que és una propietat quàntica que permet que dues partícules es moguin en perfecta sincronització, per molt que estiguin separades físicament.
Com s’explica a Scientific American, aquestes dues qualitats es combinen per crear un ordinador que pot processar moltes més dades simultàniament que qualsevol sistema del mercat actual.
La potència d'un ordinador quàntic es mesura en qubits, la unitat bàsica de mesura en un ordinador quàntic. De la mateixa manera que els ordinadors moderns tenen processadors de 32 o 64 bits (una mesura de la quantitat de dades que poden processar alhora), un ordinador quàntic amb més qubits té una potència de processament significativament més gran.
Dins d'un ordinador quàntic. Foto: IBM
El cel és el límit
Tot això vol dir que un ordinador quàntic pot resoldre problemes que abans estaven limitats per la potència de càlcul.
Per exemple, un ordinador quàntic podria resoldre amb cruesa el famós problema del venedor ambulant, un problema computacional complex que requereix trobar la ruta més curta entre diverses ciutats abans de tornar a casa. Sembla senzill, però si ho mireu matemàticament, trobar el camí únic òptim es fa més difícil a mesura que afegiu més ciutats a la seva ruta.
De la mateixa manera, un ordinador quàntic podria travessar els problemes més complicats i que consumeixen més temps, filtrant grans quantitats de dades financeres, farmacèutiques o climàtiques per trobar solucions òptimes. De fet, la startup quàntica D-Wave ja està col·laborant amb Volkswagen per analitzar els patrons de conducció i filtrar grans quantitats de soroll per arribar al fons de les coses.
Es discuteix la seva utilitat en el camp de la criptografia. Un ordinador quàntic és capaç de dominar un mètode de xifratge diferent d'un xifrat conegut anteriorment, que li permet desxifrar fàcilment fins i tot secrets d'estat. Hi ha un gran interès dels governs globals en aquesta funció útil, mentre que els activistes temen que l'arribada de la informàtica quàntica pugui destruir la privadesa.
Problema de física
"Com que la informàtica quàntica encara es troba en les seves primeres etapes, hi ha molta informació que encara no s'ha demostrat", va dir Matthew Briss, vicepresident d'R+D de Gartner. "Però els compradors ja busquen aplicacions per determinar els avantatges competitius de la informàtica quàntica per al seu negoci", diu.
Malgrat tot el bombo, els experts creuen que els ordinadors quàntics estan tan lluny de liderar el camí com els ordinadors a la dècada de 1950. Per descomptat, van agafant força, però a poc a poc.
"La informàtica quàntica es pot comparar amb un tren lent", va dir Brian Hopkins, vicepresident i analista principal de Forrester, a Business Insider. "Si es mou una polzada per segon, en un mes ja passarà dues polzades per segon". Molt aviat començarà a moure's més ràpid".
El gran problema ara és que un ordinador quàntic no pot fer res del que no podria fer un ordinador clàssic. La indústria espera un moment anomenat supremacia quàntica, quan els ordinadors quàntics aniran més enllà de les limitacions actuals.
"Quan els clients vénen a nosaltres, el més important que ens diuen és que no els importa quin model és, sempre que sigui útil per al seu negoci", diu l'analista Briss. — No hi ha cap model que pugui superar els algorismes clàssics. Realment hem d'esperar fins que el maquinari de l'ordinador quàntic comenci a millorar".
Katie Pooley, companya d'investigació d'IBM, examina el criostat que ajuda els ordinadors quàntics a mantenir les seves temperatures baixes. Foto: Andy Aaron, IBM
El gran problema segueix sent la manca de potència informàtica. Se suposa que la supremacia quàntica requerirà un ordinador amb una potència de 50 qubits. Tot i que aquesta fita s'ha assolit al laboratori, no és permanent i no es pot mantenir. De fet, els qubits poden estar subjectes a errors i inestables, la qual cosa comporta problemes amb la seva generació i redueix el seu potencial.
Un altre factor important és més material. Els ordinadors quàntics han d'estar completament aïllats del seu entorn per funcionar i requereixen temperatures molt baixes. Fins i tot les vibracions més petites poden provocar que els qubits es col·lapsin, deixant-los fora de la superposició, de la mateixa manera que un nen que truca a una taula fa que caiguin monedes que giran sobre la taula.
Els ordinadors quàntics anteriors, com l'IBM Q System One, són tan voluminosos que les condicions necessàries d'aïllament i refrigeració es converteixen en un autèntic repte. Agreujar aquest problema és l'escassetat de components necessaris: cables superconductors i frigorífics de baixa temperatura. Estan en greu escassetat.
En definitiva, això vol dir que, tot i que el coneixement millora i la tecnologia avança, la informàtica quàntica encara no és pràcticament factible.
"Un dels reptes del meu grup de treball és manipular materials, silici i metalls, de manera que puguem crear un entorn molt homogeni", va dir Clark d'Intel. - Aquesta és bàsicament la millor tecnologia de semiconductors. Les tecnologies que necessitem per crear computació quàntica a escala encara no existeixen".
Un altre problema és que els ordinadors quàntics tenen el potencial innegable de proporcionar una potència informàtica imprevista. Tanmateix, no hi ha moltes persones en aquest món que tinguin experiència en la programació o en l'ús d'aquests sistemes, i els compradors potencials estan fascinats intentant esbrinar com utilitzar-los.
La gran carrera quàntica
Els analistes diuen que IBM lidera actualment la carrera de la informàtica quàntica gràcies a la disponibilitat comercial limitada de l'IBM Q System One. Com que s'hi accedeix a través del núvol, IBM pot mantenir aquestes condicions especials per mantenir el funcionament d'aquest ordinador quàntic alhora que permet que els clients seleccionats l'utilitzin.
"Crec que [l'ordinador quàntic d'IBM] està movent-se", va dir l'analista Briss. "Crec que la informàtica quàntica com a model de servei és el model adequat". En posar-lo en un contenidor i tractar-lo específicament, realment estan intentant millorar-ne la qualitat".
Sarah Sheldon i Pat Gumann d'IBM estan treballant en un refrigerador de dissolució que refreda ordinadors quàntics. Foto: IBM
Al mateix temps, els analistes assenyalen que qualsevol dels actors d'aquest mercat pot tenir en qualsevol moment un avenç que li permeti tirar endavant, i que aquesta encara és una rivalitat necessària.
Diferents gegants informàtics aborden aquest problema de manera diferent. Intel, IBM, Google i la startup de computació quàntica Rigetti estan construint sistemes basats en circuits superconductors, alimentats per superordinadors d'última generació.
està adoptant un enfocament completament diferent i potser més arriscat per intentar crear un qubit millor. El qubit topològic que Microsoft està intentant crear fragments d'electrons per emmagatzemar informació en diversos llocs alhora, fent-lo més estable i menys propens a la destrucció. És menys robust que el que intenten construir els seus competidors, però el resultat seria un gran pas endavant per a tot el camp de la computació quàntica, va dir l'analista Hopkins.
"Estan en una aposta i molta gent creu que mai tindran èxit", va dir Hopkins.
En el costat més aventurer, startups com IonQ i D-Wave aposten per tecnologies d'avantguarda com la captura d'ions i el recuit quàntic. En poques paraules, estan intentant de diferents maneres aconseguir un major rendiment i estabilitat de cada qubit, utilitzant mètodes completament nous.
"Això ens permet construir un ordinador quàntic que resol problemes complexos i avança contínuament en fer-ho", va dir a Business Insider Mark Johnson, vicepresident de disseny i desenvolupament de processadors i productes quàntics de D-Wave.
Un científic quàntic d'IBM recorre l'IBM Q Computing Center del Thomas J. Watson Research Center de Yorktown Heights, Nova York. Foto: Connie Zhou per a IBM
Startups quàntiques
L'augment de la informàtica quàntica ha despertat una onada d'interès dels inversors en startups relacionades. Robert Sutor d'IBM calcula que hi ha uns 100 programari quàntic, maquinari i fins i tot startups de consultoria a tot el món. Això és petit en comparació amb l'enorme mercat inicial, però molt més gran que abans.
"He estat en aquest espai durant molt de temps, des del principi", va dir Monroe d'IonQ. — Durant molt de temps va estar en els seus inicis, fins que fa 5-8 anys va cridar l'atenció i va atreure grans inversions. Va quedar clar que havia arribat el moment".
Chris Monroe, CEO i cofundador de la startup de computació quàntica IonQ. Foto: IonQ
Alguns, com Rigetti, estan preparats per enfrontar-se amb titans tecnològics amb els seus propis xips quàntics i sistemes de computació quàntica sofisticats.
"És el nucli del nostre negoci", va dir a Business Insider Betsy Masiello, vicepresidenta de producte de Rigetti. — Hi ha moltes empreses de l'espai quàntic que estan treballant en aplicacions de programari en el camp de la computació quàntica. Produïm microxips i construïm sistemes informàtics".
Matthew Kinsella, director general de Maverick Ventures, diu que és optimista en el camp de la informàtica quàntica. La seva empresa ha arribat a invertir en ColdQuanta, una empresa que fabrica equips utilitzats en sistemes quàntics. Ell espera que els ordinadors quàntics superin els sistemes actuals en un termini de cinc a deu anys. Maverick Ventures aposta a llarg termini.
"Realment crec en la informàtica quàntica, tot i que pot passar més temps del que s'esperava abans que un ordinador quàntic sigui millor que un ordinador tradicional per resoldre problemes quotidians. Probablement veurem els beneficis dels ordinadors quàntics per resoldre problemes a petita escala en els propers anys", va dir Kinsella.
Laboratoris 2000Q Systems de D-Wave. Foto: D-Wave
Kinsella, com els analistes amb qui vam parlar, espera un anomenat "hivern quàntic". Pot ser que hi hagi bombo al voltant dels ordinadors quàntics, però la gent està augmentant les seves esperances, adverteixen els experts. Les màquines encara no són perfectes, i passaran anys abans que els inversors vegin resultats.
En perspectiva
Fins i tot més enllà de la supremacia quàntica, els experts ens asseguren que encara hi ha un lloc per als ordinadors i superordinadors tradicionals. Fins aleshores, encara hi ha problemes de cost, mida, fiabilitat i potència de processament per resoldre abans que puguem parlar-ne.
"Hem de respirar", va dir l'analista Briss. "Hi ha moltes coses emocionants en aquesta àrea que requereixen temps". És un conglomerat de física, informàtica i, francament, anàlisi científica. No hauríem d'estudiar això si sabéssim totes les respostes, però hi ha molta recerca per endavant".
Ordinador quàntic Rigetti. Foto: Rigetti
Tanmateix, per a molts està clar que aquest és el futur. De la mateixa manera que els fabricants del primer ordinador mainframe no es van adonar que això finalment portaria a més telèfons intel·ligents de la mida de la mà. Un ordinador quàntic podria ser el primer pas en un camí completament nou.
Pocs, com el vicepresident de govern corporatiu de Microsoft, Todd Holmdahl, són prou optimistes per dir que podria ser més significatiu que la intel·ligència artificial i l'aprenentatge automàtic actual. Solia dir als seus fills que haurien de fer allò que els apassiona i que sempre podrien aconseguir una feina en intel·ligència artificial. Ara dirà el mateix sobre la computació quàntica.
“Aquesta és una zona que es desenvoluparà. Necessitem gent per omplir-lo i evitar que es marceixi", va dir Holmdahl. "Té un paper important en la nostra generació, donant-nos l'oportunitat de crear coses sorprenents en el futur".
Font: www.habr.com