Un dos principais retos científicos do noso tempo converteuse na carreira para crear a primeira computadora cuántica útil. Nel participan milleiros de físicos e enxeñeiros. IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel están a desenvolver os seus conceptos. Como vai cambiar o noso mundo un poderoso dispositivo informático e por que é tan importante?
Imaxina por un momento: creouse unha computadora cuántica en toda regla. Converteuse nun elemento familiar e natural das nosas vidas. Os cálculos clásicos agora só se falan na escola, nas clases de historia. Nalgún lugar profundo dos sotos fríos, poderosas máquinas funcionan con qubits para alimentar robots intelixentes artificialmente. Realizan todas as tarefas perigosas e simplemente monótonas. Camiñando polo parque, miras ao teu redor e ves todo tipo de robots. Criaturas humanoides pasean cans, venden xeados, reparan o cableado eléctrico e varren a zona. Algúns modelos substitúen ás mascotas.
Tivemos a oportunidade de revelar todos os segredos do Universo e mirar dentro de nós mesmos. A medicina alcanzou un novo nivel: cada semana desenvólvense medicamentos innovadores. Podemos prever e determinar onde se atopan os recursos escasos como o gas e o petróleo. Resolveuse o problema do quecemento global, optimizáronse os métodos de aforro enerxético e xa non hai atascos nas cidades. O ordenador cuántico non só controla todos os coches robóticos, senón que tamén garante a libre circulación: supervisa a situación nas estradas, axusta as rutas e asume o control dos condutores se é necesario. Así pode parecer a era cuántica.
Fiebre cuántica do ouro
As perspectivas de aplicación son sorprendentes, polo que os investimentos en desenvolvementos cuánticos crecen cada ano. O mercado global de computación cuántica estivo valorado en 81,6 millóns de dólares en 2018. Os expertos de Market.us estiman que para 2026 alcanzará os 381,6 millóns de dólares. É dicir, aumentará unha media do 21,26% ao ano de 2019 a 2026.
Este crecemento vén impulsado polo uso crecente da criptografía cuántica en aplicacións de seguridade e impulsado polos investimentos dos actores do mercado da computación cuántica. A principios deste ano, os investimentos privados financiaran polo menos 52 empresas de tecnoloxía cuántica en todo o mundo, segundo unha análise da revista científica Nature. Os principais actores como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel e D-Wave Systems están loitando por crear un ordenador cuántico practicamente aplicable.
Si, sempre que o diñeiro que flúe a esta área cada ano represente un pequeno desembolso (en comparación cos 2018 millóns de dólares en investimento en IA en 9,3). Pero estes números son significativos para unha industria inmadura que aínda non conta con indicadores de rendemento.
Resolución de problemas cuánticos
Hai que entender que hoxe a tecnoloxía aínda está na súa infancia. Foi posible crear só prototipos de máquinas cuánticas e sistemas experimentais únicos. Son capaces de executar algoritmos fixos de baixa complexidade. O primeiro ordenador de 2 qubits foi creado en 1998 e a humanidade levou 21 anos levar os dispositivos ao nivel axeitado, a chamada "supremacía cuántica". Este termo foi acuñado polo profesor de Caltech John Preskill. E significa a capacidade dos dispositivos cuánticos para resolver problemas máis rápido que os ordenadores clásicos máis potentes.
Un avance neste eido foi da empresa californiana Google. En setembro de 2019, a corporación anunciou que o seu dispositivo Sycamore de 53 qubit completou un cálculo en 200 segundos que tardaría 10 anos en completar un superordenador de última xeración. A declaración causou moita polémica. IBM non estaba de acordo categoricamente con tales cálculos. No seu blog, a compañía escribiu que o seu supercomputador Summit fará fronte a esta tarefa en 000 días. E todo o que se necesita é aumentar a capacidade de almacenamento do disco. Aínda que en realidade a diferenza non era tan colosal, Google foi o primeiro en acadar a "supremacía cuántica". E este é un fito importante na investigación informática. Pero nada máis. A fazaña de Sycamore é puramente para fins de demostración. Non ten aplicación práctica e é inútil para resolver problemas reais.
O principal problema é o hardware. Aínda que os bits computacionais tradicionais teñen un valor de 0 ou 1, no estraño mundo cuántico, os qubits poden estar nos dous estados ao mesmo tempo. Esta propiedade chámase superposición. Os qubits son como trompos: xiran tanto en sentido horario como en sentido antihorario, móvense cara arriba e abaixo. Se che resulta confuso, estás en boa compañía. Richard Feynman dixo unha vez: "Se cres que entendes a mecánica cuántica, non a entendes". Palabras valentes do home que gañou o Premio Nobel de... mecánica cuántica.
Entón, os qubits son extremadamente inestables e suxeitos a influencias externas. Un coche que pasa por debaixo das fiestras do laboratorio, o ruído interno do sistema de refrixeración, unha partícula cósmica voadora: calquera interferencia aleatoria, calquera interacción interrompe a súa sincronía e decoheren. Isto é prexudicial para a informática.
A cuestión clave para o desenvolvemento da computación cuántica é que solución de hardware entre as moitas exploradas garantirá a estabilidade dos qubits. Quen resolva o problema da coherencia e faga que as computadoras cuánticas sexan tan comúns como as GPU gañará o Premio Nobel e converterase na persoa máis rica do mundo.
Camiño á comercialización
En 2011, a empresa canadense D-Wave Systems Inc. foi o primeiro en vender ordenadores cuánticos, aínda que a súa utilidade limítase a certos problemas matemáticos. E nos próximos meses, millóns de desenvolvedores poderán comezar a usar procesadores cuánticos a través da nube: IBM promete proporcionar acceso ao seu dispositivo de 53 qubits. Ata o momento, 20 empresas recibiron este privilexio no marco dun programa chamado Q Network. Entre eles están o fabricante de equipos Samsung Electronics, os fabricantes de automóbiles Honda Motor e Daimler, as empresas químicas JSR e Nagase, os bancos JPMorgan Chase & Co. e Barclays.
A maioría das empresas que experimentan hoxe coa computación cuántica ven esta como parte integrante do futuro. A súa misión principal agora é descubrir o que funciona na computación cuántica e o que non. E estea preparado para ser o primeiro en introducir tecnoloxía nos negocios cando estea listo.
Organizacións de transporte. Volkswagen, xunto con D-Wave, está a desenvolver unha aplicación cuántica: un sistema de control de tráfico. O novo programa permitirá ás organizacións de transporte público e ás empresas de taxi das grandes cidades utilizar a súa flota de forma máis eficiente e minimizar o tempo de espera dos pasaxeiros.
Sector enerxético. ExxonMobil e IBM promoven o uso da computación cuántica no sector enerxético. Están centrados no desenvolvemento dunha serie de novas tecnoloxías enerxéticas, na mellora da eficiencia enerxética e na redución das emisións de gases de efecto invernadoiro. A escala e a complexidade dos retos aos que se enfronta o sector enerxético están fóra do alcance dos ordenadores tradicionais actuais e son moi adecuados para probar os cuánticos.
Empresas farmacéuticas. Accenture Labs está asociado con 1QBit, unha empresa de software cuántico. En só 2 meses, pasaron da investigación á proba de concepto, utilizando unha aplicación para modelar interaccións moleculares complexas a niveis atómicos. Grazas ao poder da computación cuántica, agora é posible analizar moléculas máis grandes. Que lle dará isto á sociedade? Medicamentos innovadores con menos efectos secundarios.
Sector financeiro. As tecnoloxías baseadas nos principios da teoría cuántica atraen cada vez máis o interese dos bancos. Están interesados en procesar transaccións, comercios e outro tipo de datos o máis rápido posible. Barclays e JP Morgan Chase (con IBM), así como NatWest (con Fujitsu) xa están a realizar os seus experimentos no desenvolvemento de software especializado.
A aceptación de corporacións tan grandes e a aparición de emprendedores pioneiros cuánticos falan moito sobre a viabilidade comercial da cuántica. Xa estamos vendo que a computación cuántica se aplica a problemas do mundo real, desde a mellora da eficiencia enerxética ata a optimización das rutas dos vehículos. E o máis importante, o valor da tecnoloxía aumentará a medida que se desenvolva.
Fonte: www.habr.com