Jim Clark, director de hardware cuántico de Intel, cun dos procesadores cuánticos da compañía. Foto; Intel
- As computadoras cuánticas son unha tecnoloxía extremadamente emocionante que promete crear poderosas capacidades informáticas para resolver problemas antes insolubles.
- Os expertos din que IBM liderou o camiño da computación cuántica, polo que Google, Intel, Microsoft e unha serie de startups están baixo a súa influencia.
- Os investimentos están atraídos polas startups de computación cuántica, incluíndo IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems e Rigetti, que poderían perturbar o mercado.
- Non obstante, hai un problema: os ordenadores cuánticos modernos xeralmente non son tan potentes nin tan fiables como os supercomputadores actuais, e tamén requiren condicións especiais para comezar e arrancar.
En xaneiro, IBM fixo oleadas cando anunciou o IBM Q System One, a primeira computadora cuántica do mundo dispoñible para empresas. O dispositivo estaba aloxado nunha elegante caixa de vidro cun volume de 9 pés cúbicos.
Este é un fito importante para as computadoras cuánticas, que aínda se atopan en laboratorios de investigación. Segundo IBM, os compradores xa buscan poñerse nas súas mans á tecnoloxía, que se mostra prometedora en diversas áreas: química, ciencia de materiais, fabricación de alimentos, aeroespacial, desenvolvemento de fármacos, previsión de bolsa e mesmo cambio climático.
IBM Q System One. Foto: IBM
O motivo da emoción é que unha computadora cuántica ten propiedades aparentemente máxicas que lle permiten procesar exponencialmente máis información que un sistema convencional. Un ordenador cuántico non é só un ordenador moi rápido, máis precisamente, é un paradigma informático completamente diferente que require un repensamento radical.
A gañadora na carreira tecnolóxica será a empresa que aproveite as oportunidades que ofrece esta tecnoloxía. IBM, Microsoft, Google e outros xigantes tecnolóxicos, así como startups, apostan por esta tecnoloxía.
Business Insider preguntou ao vicepresidente de IBM Q Strategy and Ecosystem, Bob Sutor, sobre como facer que estes sistemas sexan accesibles para as persoas: Como accederá a xente a eles? Como moitas persoas poden aprender a usar ordenadores cuánticos para realizar as súas tarefas?
Hai poucas posibilidades de ver computadoras cuánticas na oficina en breve. Os expertos cos que falamos cren que, a pesar de estar dispoñible para IBM, pasarán outros cinco ou dez anos antes de que a computación cuántica chegue realmente á corrente principal. IBM Q System One só está dispoñible actualmente como servizo de computación en nube para clientes seleccionados. Pasará algún tempo antes de que a xente poida comprar algo así e poñelo en funcionamento para os seus propios propósitos.
De feito, os expertos din que as computadoras cuánticas son moi prometedoras, pero están lonxe da produción en masa. Son extremadamente fráxiles e requiren condicións especiais para traballar. Ademais, os ordenadores cuánticos hoxe en día non son tan fiables nin tan potentes como os que xa temos.
"Cremos que nuns dez anos, unha computadora cuántica cambiará a túa vida ou a miña", dixo Jim Clark, director de hardware cuántico de Intel, a Business Insider. — De feito, agora só estamos na primeira milla do maratón. Iso non significa que non esteamos preocupados por iso".
Que é unha computadora cuántica?
Bill Gates dixo unha vez que as matemáticas detrás da cuántica estaban fóra do seu entendemento, pero non todos estaban de acordo.
"É un pouco erróneo que a física cuántica é física e é demasiado complicado", di Chris Monroe, CEO e cofundador de IonQ, a Business Insider. "O que o fai incomprensible para moita xente é que é incomprensible, pero é tan incomprensible para min como para ti". Se algo pode estar nunha superposición, significa que pode estar en dous estados ao mesmo tempo. É estraño porque non experimentamos isto no mundo real".
Os ordenadores que usamos mostran os datos como unha cadea de 1 ou 0 chamada código binario. Non obstante, unha computadora cuántica pode representar datos como 1, 0 ou, o máis importante, ambos números ao mesmo tempo.
Cando un sistema pode estar en máis dun estado ao mesmo tempo, chámase "superposición", unha das propiedades aparentemente máxicas da computación cuántica. O outro principio clave aquí é o "entrelazamento", que é unha propiedade cuántica que permite que dúas partículas se movan en perfecta sincronía, por moi lonxe que estean fisicamente separadas.
Como se explica en Scientific American, estas dúas calidades combínanse para crear un ordenador que pode procesar moitos máis datos simultaneamente que calquera sistema no mercado actual.
A potencia dun ordenador cuántico mídese en qubits, a unidade básica de medida nun ordenador cuántico. Do mesmo xeito que os ordenadores modernos teñen procesadores de 32 ou 64 bits (unha medida da cantidade de datos que poden procesar á vez), un ordenador cuántico con máis qubits ten moito máis poder de procesamento.
Dentro dunha computadora cuántica. Foto: IBM
O ceo é o límite
Todo isto significa que unha computadora cuántica pode resolver problemas que antes estaban limitados pola potencia de cálculo.
Por exemplo, unha computadora cuántica podería resolver groseiramente o famoso problema do vendedor ambulante, un complexo problema computacional que require atopar a ruta máis curta entre varias cidades antes de volver a casa. Parece sinxelo, pero se o miras matemáticamente, atopar o único camiño óptimo faise máis difícil a medida que engades máis cidades á súa ruta.
Do mesmo xeito, unha computadora cuántica podería atravesar os problemas máis complicados e que consumen moito tempo, examinando grandes cantidades de datos financeiros, farmacéuticos ou climáticos para atopar solucións óptimas. De feito, a startup cuántica D-Wave xa está a colaborar con Volkswagen para analizar os patróns de condución e analizar cantidades masivas de ruído para chegar ao fondo das cousas.
Discútese a súa utilidade no campo da criptografía. Un ordenador cuántico é capaz de dominar un método de cifrado que é diferente dun cifrado previamente coñecido, o que lle permite descifrar facilmente incluso segredos de estado. Hai un gran interese dos gobernos globais nesta función útil, mentres que os activistas temen que a chegada da computación cuántica poida destruír a privacidade.
Problema de física
"Debido a que a computación cuántica aínda está nas súas primeiras etapas, hai moita información que segue sen probar", dixo Matthew Briss, vicepresidente de I+D de Gartner. "Pero os compradores xa están a buscar aplicacións para determinar as vantaxes competitivas da computación cuántica para o seu negocio", di.
A pesar de todo o bombo, os expertos cren que os ordenadores cuánticos están tan lonxe de liderar o camiño como os ordenadores na década de 1950. Por suposto, van collendo impulso, pero pouco a pouco.
"A computación cuántica pódese comparar cun tren lento", dixo Brian Hopkins, vicepresidente e analista principal de Forrester, a Business Insider. "Se se move unha polgada por segundo, nun mes xa pasará dúas polgadas por segundo". Moi pronto comezará a moverse máis rápido".
O gran problema agora é que unha computadora cuántica non pode facer nada que unha computadora clásica non podería facer. A industria está ansiosa por un momento chamado supremacía cuántica, no que as computadoras cuánticas irán máis aló das limitacións actuais.
"Cando os clientes veñen a nós, o principal que nos din é que non lles importa que modelo sexa sempre que sexa útil para o seu negocio", di o analista Briss. — Non hai ningún modelo que poida superar os algoritmos clásicos. Realmente temos que esperar ata que o hardware da computadora cuántica comece a mellorar".
Katie Pooley, investigadora de IBM, examina o criostato que axuda aos ordenadores cuánticos a manter as súas temperaturas baixas. Foto: Andy Aaron, IBM
O gran problema segue sendo a falta de potencia informática. Suponse que a supremacía cuántica requirirá un ordenador cunha potencia de 50 qubits. Aínda que este fito se conseguiu no laboratorio, non é permanente e non se pode manter. De feito, os qubits poden estar tanto suxeitos a erros como inestables, o que leva a problemas coa súa xeración e reduce o seu potencial.
Outro factor importante é máis material. Os ordenadores cuánticos deben estar completamente illados do seu ambiente para funcionar e requiren temperaturas moi baixas. Incluso as vibracións máis pequenas poden facer que os qubits colapsen, sacándoos da superposición, do mesmo xeito que un neno que peta nunha mesa fai que caian sobre a mesa as moedas que xiran.
Os ordenadores cuánticos anteriores, como o IBM Q System One, son tan voluminosos que as condicións de illamento e refrixeración necesarias convértense nun verdadeiro problema. Agravar este problema é a escaseza de compoñentes necesarios: cables supercondutores e frigoríficos de baixa temperatura. Están en grave escaseza.
En definitiva, isto significa que aínda que o coñecemento está a mellorar e a tecnoloxía avanza, a computación cuántica aínda non é practicamente viable.
"Un dos retos do meu grupo de traballo é manipular materiais, silicio e metais, para que poidamos crear un ambiente moi homoxéneo", dixo Clark de Intel. - Esta é basicamente a mellor tecnoloxía de semicondutores. As tecnoloxías que necesitamos para crear computación cuántica a escala aínda non existen".
Outro problema é que as computadoras cuánticas teñen o potencial innegable de proporcionar unha potencia informática imprevista. Non obstante, non hai moitas persoas neste mundo que teñan experiencia na programación ou no funcionamento destes sistemas, e os compradores potenciais fascinados están tentando descubrir como usalos.
A gran carreira cuántica
Os analistas din que IBM lidera actualmente a carreira da computación cuántica grazas á limitada dispoñibilidade comercial do IBM Q System One. Debido a que se accede a través da nube, IBM pode manter estas condicións especiais para manter o funcionamento deste ordenador cuántico, aínda que permite que determinados clientes o usen.
"Creo que [a computadora cuántica de IBM] está a moverse", dixo o analista Briss. "Creo que a computación cuántica como modelo de servizo é o modelo correcto". Meténdoo nun recipiente e tratándoo especificamente, realmente están intentando mellorar a súa calidade”.
Sarah Sheldon e Pat Gumann de IBM están a traballar nun frigorífico de disolución que arrefría ordenadores cuánticos. Foto: IBM
Ao mesmo tempo, os analistas sinalan que calquera dos xogadores deste mercado pode ter un avance en calquera momento que lle permita saír adiante, e que esta aínda é unha rivalidade necesaria.
Diferentes xigantes da TI abordan este problema de forma diferente. Intel, IBM, Google e a startup de computación cuántica Rigetti están a construír sistemas baseados en circuítos supercondutores, alimentados por supercomputadoras de última xeración.
está adoptando un enfoque completamente diferente e quizais máis arriscado ao intentar crear un qubit mellor. O qubit topolóxico que Microsoft está intentando crear fragmentos de electróns para almacenar información en varios lugares á vez, facéndoo máis estable e menos propenso á destrución. É menos robusto que o que intentan construír os seus competidores, pero o resultado sería un gran paso adiante para todo o campo da computación cuántica, dixo o analista Hopkins.
"Están nunha aposta e moitas persoas pensan que nunca terán éxito", dixo Hopkins.
No lado máis aventureiro, startups como IonQ e D-Wave apostan por tecnoloxías de punta como a captura de ións e o recocido cuántico. En pocas palabras, están intentando de diferentes formas conseguir un maior rendemento e estabilidade de cada qubit, utilizando métodos completamente novos.
"Isto permítenos construír unha computadora cuántica que resolve problemas complexos e progresa continuamente ao facelo", dixo a Business Insider Mark Johnson, vicepresidente de deseño e desenvolvemento de procesadores e produtos cuánticos de D-Wave.
Un científico cuántico de IBM percorre o IBM Q Computing Center no Thomas J. Watson Research Center en Yorktown Heights, Nova York. Foto: Connie Zhou para IBM
Startups cuánticas
O aumento da computación cuántica provocou unha onda de interese dos investidores en startups relacionadas. Robert Sutor de IBM estima que hai preto de 100 empresas de software, hardware e incluso de consultoría cuánticas en todo o mundo. Isto é pequeno en comparación co enorme mercado de inicio, pero moito máis grande que antes.
"Levo moito tempo neste espazo, desde o principio", dixo Monroe de IonQ. — Durante moito tempo estivo na súa infancia, ata que hai 5-8 anos chamou a atención e atraeu grandes investimentos. Quedou claro que chegou o momento".
Chris Monroe, CEO e cofundador da startup de computación cuántica IonQ. Foto: IonQ
Algúns, como Rigetti, están preparados para enfrontarse cos titanes tecnolóxicos cos seus propios chips cuánticos e sistemas de computación cuántica sofisticados.
"É o núcleo do noso negocio", dixo a Business Insider Betsy Masiello, vicepresidenta de produtos de Rigetti. — Hai moitas empresas do espazo cuántico que están a traballar en aplicacións de software no campo da computación cuántica. Producimos microchips e construímos sistemas informáticos".
Matthew Kinsella, director xeral de Maverick Ventures, di que é optimista no campo da computación cuántica. A súa empresa chegou a investir en ColdQuanta, unha empresa que fabrica equipos utilizados en sistemas cuánticos. El espera que os ordenadores cuánticos superen os sistemas actuais nun prazo de cinco a dez anos. Maverick Ventures aposta polo longo prazo.
"Realmente creo na computación cuántica, aínda que pode levar máis tempo do esperado antes de que unha computadora cuántica se faga mellor que unha computadora tradicional para resolver problemas cotiáns. Probablemente vexamos os beneficios das computadoras cuánticas para resolver problemas a pequena escala nos próximos anos", dixo Kinsella.
Laboratorios 2000Q Systems de D-Wave. Foto: D-Wave
Kinsella, como os analistas cos que falamos, espera un chamado "inverno cuántico". Pode haber bombo en torno ás computadoras cuánticas, pero a xente está aumentando as súas esperanzas, advirten os expertos. As máquinas aínda non son perfectas, e pasarán anos antes de que os investimentos vexan resultados.
En perspectiva
Mesmo máis aló da supremacía cuántica, os expertos aseguran que aínda hai un lugar para as computadoras e supercomputadoras tradicionais. Ata entón, aínda quedan problemas de custo, tamaño, fiabilidade e potencia de procesamento que resolver antes de poder discutilo.
"Necesitamos respirar", dixo o analista Briss. "Hai moitas cousas interesantes nesta área que levan tempo". É un conglomerado de física, informática e, francamente, análise científica. Non teriamos que estudar isto se soubésemos todas as respostas, pero hai moito traballo de investigación por diante".
Computadora cuántica Rigetti. Foto: Rigetti
Porén, para moitos está claro que este é o futuro. Do mesmo xeito que os fabricantes do primeiro ordenador mainframe, non se decataron de que isto acabaría conducindo a máis teléfonos intelixentes do tamaño da palma da man. Un ordenador cuántico podería ser o primeiro paso nun camiño completamente novo.
Poucos, como o vicepresidente de goberno corporativo de Microsoft, Todd Holmdahl, son o suficientemente optimistas como para dicir que podería ser máis significativo que a intelixencia artificial e a aprendizaxe automática na actualidade. Adoitaba dicir aos seus fillos que deberían facer o que lles apaixona e que sempre poderían conseguir un traballo en intelixencia artificial. Agora dirá o mesmo sobre a computación cuántica.
“Esta é unha área que se vai desenvolver. Necesitamos que a xente o enche e evite que se marchite", dixo Holmdahl. "Xa xoga un papel importante na nosa xeración, dándonos a oportunidade de crear cousas incribles no futuro".
Fonte: www.habr.com