Una delle principali sfide scientifiche del nostro tempo è diventata la corsa per creare il primo computer quantistico utile. Vi partecipano migliaia di fisici e ingegneri. IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel stanno sviluppando i loro concetti. In che modo un potente dispositivo informatico cambierà il nostro mondo e perché è così importante?
Immagina per un momento: è stato creato un computer quantistico a tutti gli effetti. È diventato un elemento familiare e naturale della nostra vita. Di calcoli classici ormai si parla solo a scuola, nelle lezioni di storia. Da qualche parte, nelle profondità dei freddi scantinati, potenti macchine operano su qubit per alimentare robot artificialmente intelligenti. Eseguono tutti i compiti pericolosi e semplicemente monotoni. Camminando per il parco, ti guardi intorno e vedi tutti i tipi di robot. Le creature umanoidi portano a spasso i cani, vendono gelati, riparano i cavi elettrici e spazzano l'area. Alcuni modelli sostituiscono gli animali domestici.
Abbiamo avuto l'opportunità di rivelare tutti i segreti dell'Universo e guardare dentro noi stessi. La medicina ha raggiunto un nuovo livello: ogni settimana vengono sviluppati farmaci innovativi. Possiamo prevedere e determinare dove si trovano risorse scarse come gas e petrolio. Il problema del riscaldamento globale è stato risolto, i metodi di risparmio energetico sono stati ottimizzati e non ci sono più ingorghi nelle città. Il computer quantistico non solo controlla tutte le auto robotiche, ma garantisce anche la libera circolazione: monitora la situazione sulle strade, adatta i percorsi e, se necessario, assume il controllo dei conducenti. Ecco come potrebbe apparire l’era quantistica.
La corsa all’oro quantistica
Le prospettive applicative sono sorprendenti, motivo per cui gli investimenti negli sviluppi quantistici crescono ogni anno. Nel 81,6 il mercato globale dell’informatica quantistica è stato valutato a 2018 milioni di dollari. Gli esperti di Market.us stimano che entro il 2026 raggiungerà i 381,6 milioni di dollari. Aumenterà cioè in media del 21,26% all’anno dal 2019 al 2026.
Questa crescita è alimentata dal crescente utilizzo della crittografia quantistica nelle applicazioni di sicurezza e guidata dagli investimenti delle parti interessate del mercato dell’informatica quantistica. Secondo un’analisi della rivista scientifica Nature, all’inizio di quest’anno gli investitori privati avevano finanziato almeno 52 aziende di tecnologia quantistica in tutto il mondo. I principali attori come IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel e D-Wave Systems stanno lottando per creare un computer quantistico praticamente applicabile.
Sì, purché il denaro che affluisce ogni anno in quest’area rappresenti una piccola spesa (rispetto ai 2018 miliardi di dollari di investimenti in IA nel 9,3). Ma questi numeri sono significativi per un settore immaturo che non vanta ancora indicatori di performance.
Risoluzione di problemi quantistici
Devi capire che oggi la tecnologia è ancora agli inizi. È stato possibile realizzare solo prototipi di macchine quantistiche e singoli sistemi sperimentali. Sono in grado di eseguire algoritmi fissi di bassa complessità. Il primo computer a 2 qubit è stato creato nel 1998 e l’umanità ha impiegato 21 anni per portare i dispositivi al livello adeguato, la cosiddetta “supremazia quantistica”. Questo termine è stato coniato dal professore del Caltech John Preskill. E significa la capacità dei dispositivi quantistici di risolvere i problemi più velocemente dei più potenti computer classici.
Una svolta in questo settore è stata fatta dall’azienda californiana Google. Nel settembre 2019, la società ha annunciato che il suo dispositivo Sycamore da 53 qubit ha completato in 200 secondi un calcolo che richiederebbe 10 anni a un supercomputer all’avanguardia. La dichiarazione ha suscitato molte polemiche. IBM era categoricamente in disaccordo con tali calcoli. Nel suo blog, l'azienda ha scritto che il suo supercomputer Summit riuscirà a far fronte a questo compito in 000 giorni. E tutto ciò che serve è aumentare la capacità di archiviazione del disco. Anche se in realtà la differenza non era così colossale, Google è stata infatti la prima a raggiungere la “supremazia quantistica”. E questa è una pietra miliare importante nella ricerca informatica. Ma niente di più. L'impresa di Platano è puramente a scopo dimostrativo. Non ha applicazione pratica ed è inutile per risolvere problemi reali.
Il problema principale è l'hardware. Mentre i bit computazionali tradizionali hanno un valore pari a 0 o 1, nello strano mondo quantistico, i qubit possono trovarsi in entrambi gli stati contemporaneamente. Questa proprietà è chiamata sovrapposizione. I qubit sono come le trottole: ruotano sia in senso orario che antiorario, si muovono su e giù. Se trovi tutto questo confuso, allora sei in ottima compagnia. Richard Feynman una volta disse: “Se pensi di comprendere la meccanica quantistica, non la capisci”. Parole coraggiose da parte dell'uomo che ha vinto il Premio Nobel per... la meccanica quantistica.
Pertanto, i qubit sono estremamente instabili e soggetti a influenze esterne. Un'auto che passa sotto le finestre del laboratorio, il rumore interno del sistema di raffreddamento, una particella cosmica volante: qualsiasi interferenza casuale, qualsiasi interazione interrompe la loro sincronicità e si decoerano. Ciò è dannoso per l'informatica.
La domanda chiave per lo sviluppo dell’informatica quantistica è quale soluzione hardware tra le tante esplorate garantirà la stabilità dei qubit. Chiunque risolverà il problema della coerenza e renderà i computer quantistici comuni quanto le GPU vincerà il Premio Nobel e diventerà la persona più ricca del mondo.
Percorso verso la commercializzazione
Nel 2011, la società canadese D-Wave Systems Inc. è stato il primo a vendere computer quantistici, sebbene la loro utilità sia limitata ad alcuni problemi matematici. E nei prossimi mesi, milioni di sviluppatori potranno iniziare a utilizzare i processori quantistici attraverso il cloud: IBM promette di fornire l'accesso al suo dispositivo da 53 qubit. Finora, 20 aziende hanno ricevuto questo privilegio nell'ambito di un programma chiamato Q Network. Tra questi figurano il produttore di apparecchiature Samsung Electronics, le case automobilistiche Honda Motor e Daimler, le aziende chimiche JSR e Nagase, le banche JPMorgan Chase & Co. e Barclays.
La maggior parte delle aziende che sperimentano oggi il calcolo quantistico lo vedono come parte integrante del futuro. La loro missione principale ora è scoprire cosa funziona nell’informatica quantistica e cosa no. E sii pronto a essere il primo a introdurre la tecnologia nel business quando sarà pronta.
Organizzazioni di trasporto. Volkswagen, insieme a D-Wave, sta sviluppando un'applicazione quantistica: un sistema di controllo del traffico. Il nuovo programma consentirà alle organizzazioni di trasporto pubblico e alle compagnie di taxi nelle grandi città di utilizzare la propria flotta in modo più efficiente e ridurre al minimo i tempi di attesa dei passeggeri.
Settore energetico. ExxonMobil e IBM stanno promuovendo l'uso del calcolo quantistico nel settore energetico. Si concentrano sullo sviluppo di una gamma di nuove tecnologie energetiche, sul miglioramento dell’efficienza energetica e sulla riduzione delle emissioni di gas serra. La portata e la complessità delle sfide affrontate dal settore energetico vanno oltre la portata dei computer tradizionali di oggi e sono ben adatte ai test su quelli quantistici.
Case farmaceutiche. Accenture Labs sta collaborando con 1QBit, una società di software quantistico. In soli 2 mesi, sono passati dalla ricerca alla prova di concetto, utilizzando un'applicazione per modellare interazioni molecolari complesse a livello atomico. Grazie alla potenza del calcolo quantistico, ora è possibile analizzare molecole più grandi. Cosa darà questo alla società? Farmaci innovativi con i minori effetti collaterali.
Settore finanziario. Le tecnologie basate sui principi della teoria quantistica attirano sempre più l’interesse delle banche. Sono interessati a elaborare transazioni, scambi e altri tipi di dati il più rapidamente possibile. Barclays e JP Morgan Chase (con IBM), così come NatWest (con Fujitsu) stanno già conducendo i loro esperimenti nello sviluppo di software specializzato.
L’accettazione da parte di aziende così grandi e l’emergere di intraprendenti pionieri quantistici la dicono lunga sulla fattibilità commerciale della tecnologia quantistica. Stiamo già vedendo l’applicazione del calcolo quantistico a problemi del mondo reale, dal miglioramento dell’efficienza energetica all’ottimizzazione dei percorsi dei veicoli. E, cosa ancora più importante, il valore della tecnologia aumenterà man mano che si sviluppa.
Fonte: habr.com