Jim Clark, direttore dell'hardware quantistico di Intel, con uno dei processori quantistici dell'azienda. Foto; Intel
- I computer quantistici sono una tecnologia estremamente entusiasmante che promette di creare potenti capacità di calcolo per risolvere problemi precedentemente intrattabili.
- Gli esperti affermano che IBM ha aperto la strada all’informatica quantistica, motivo per cui Google, Intel, Microsoft e una serie di startup sono sotto la sua influenza.
- Gli investitori sono attratti dalle startup di calcolo quantistico, tra cui IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems e Rigetti, che potrebbero sconvolgere il mercato.
- Tuttavia, c’è un problema: i moderni computer quantistici generalmente non sono così potenti o affidabili come i supercomputer di oggi e richiedono anche condizioni speciali per l’avvio e l’avvio.
A gennaio, IBM ha fatto scalpore quando ha annunciato IBM Q System One, il primo computer quantistico al mondo disponibile per le aziende. Il dispositivo era alloggiato in un'elegante custodia di vetro con un volume di 9 piedi cubi.
Si tratta di una pietra miliare importante per i computer quantistici, che si trovano ancora nei laboratori di ricerca. Secondo IBM, gli acquirenti stanno già cercando di mettere le mani sulla tecnologia, che si mostra promettente in una varietà di settori: chimica, scienza dei materiali, produzione alimentare, aerospaziale, sviluppo di farmaci, previsioni del mercato azionario e persino cambiamento climatico.
IBM Q Sistema Uno. Foto: IBM
Il motivo dell’entusiasmo è che un computer quantistico ha proprietà apparentemente magiche che gli consentono di elaborare una quantità esponenzialmente maggiore di informazioni rispetto a un sistema convenzionale. Un computer quantistico non è solo un computer molto veloce; più precisamente, è un paradigma informatico completamente diverso che richiede un ripensamento radicale.
Il vincitore della corsa tecnologica sarà l’azienda che trarrà vantaggio dalle opportunità offerte da questa tecnologia. IBM, Microsoft, Google e altri giganti della tecnologia, così come le startup, stanno scommettendo su questa tecnologia.
Business Insider ha chiesto a Bob Sutor, vicepresidente di IBM Q Strategy ed Ecosystem, come rendere questi sistemi accessibili alle persone: come potranno accedervi le persone? Come possono molte persone imparare a utilizzare i computer quantistici per svolgere i propri compiti?
Ci sono poche possibilità di vedere presto i computer quantistici in ufficio. Gli esperti con cui abbiamo parlato ritengono che, nonostante sia disponibile per IBM, ci vorranno altri cinque o dieci anni prima che l’informatica quantistica raggiunga davvero il mainstream. IBM Q System One è attualmente disponibile come servizio di cloud computing solo per clienti selezionati. Ci vorrà del tempo prima che le persone possano acquistare qualcosa di simile e utilizzarlo per i propri scopi.
In effetti, gli esperti affermano che i computer quantistici sono molto promettenti, ma sono lontani dalla produzione di massa. Sono estremamente fragili e richiedono condizioni speciali per funzionare. Inoltre, i computer quantistici oggi non sono affidabili o potenti come quelli che già abbiamo.
“Crediamo che tra circa dieci anni un computer quantistico cambierà la vostra vita o la mia”, ha detto a Business Insider Jim Clark, direttore dell’hardware quantistico di Intel. — In effetti ormai siamo solo al primo miglio della maratona. Ciò non significa che non ce ne preoccupiamo."
Cos'è un computer quantistico?
Bill Gates una volta disse che la matematica alla base dei quanti andava oltre la sua comprensione, ma non tutti erano d’accordo.
“È un po’ un malinteso credere che la fisica quantistica sia fisica ed è troppo complicata”, dice a Business Insider Chris Monroe, CEO e co-fondatore di IonQ. "Ciò che lo rende incomprensibile a molte persone è che è incomprensibile, ma è incomprensibile tanto per me quanto lo è per te." Se qualcosa può trovarsi in sovrapposizione significa che può trovarsi in due stati contemporaneamente. È strano perché non lo sperimentiamo nel mondo reale."
I computer che abbiamo utilizzato visualizzano i dati come una stringa di 1 o 0 chiamata codice binario. Tuttavia, un computer quantistico può rappresentare i dati come 1, 0 o, soprattutto, entrambi i numeri contemporaneamente.
Quando un sistema può trovarsi in più di uno stato contemporaneamente, si parla di “sovrapposizione”, una delle proprietà apparentemente magiche dell’informatica quantistica. L’altro principio chiave qui è l’”entanglement”, che è una proprietà quantistica che consente a due particelle di muoversi in perfetta sincronia, non importa quanto siano distanti fisicamente.
Come spiega in Scientific American, queste due qualità si combinano per creare un computer in grado di elaborare molti più dati simultaneamente rispetto a qualsiasi sistema oggi disponibile sul mercato.
La potenza di un computer quantistico si misura in qubit, l’unità di misura base in un computer quantistico. Proprio come i computer moderni hanno processori a 32 o 64 bit (una misura della quantità di dati che possono elaborare contemporaneamente), un computer quantistico con più qubit ha una potenza di elaborazione significativamente maggiore.
All'interno di un computer quantistico. Foto: IBM
Il cielo è il limite
Tutto ciò significa che un computer quantistico può risolvere problemi che prima erano limitati dalla potenza di calcolo.
Ad esempio, un computer quantistico potrebbe risolvere in modo grossolano il famoso problema del commesso viaggiatore, un complesso problema computazionale che richiede di trovare il percorso più breve tra più città prima di tornare a casa. Sembra semplice, ma se lo guardi matematicamente, trovare il percorso ottimale diventa più difficile man mano che aggiungi più città al suo percorso.
Allo stesso modo, un computer quantistico potrebbe risolvere i problemi più complicati e dispendiosi in termini di tempo, vagliando enormi quantità di dati finanziari, farmaceutici o climatici per trovare soluzioni ottimali. In effetti, la startup quantistica D-Wave sta già collaborando con Volkswagen per analizzare i modelli di guida e vagliare enormi quantità di rumore per arrivare al fondo della questione.
Viene discussa la sua utilità nel campo della crittografia. Un computer quantistico è in grado di padroneggiare un metodo di crittografia diverso da un codice precedentemente noto, che gli consente di decifrare facilmente anche i segreti di stato. C’è un grande interesse da parte dei governi globali per questa utile funzionalità, mentre gli attivisti temono che l’avvento dell’informatica quantistica possa distruggere la privacy.
Problema di fisica
“Poiché l’informatica quantistica è ancora nelle sue fasi iniziali, molte informazioni non sono ancora state dimostrate”, ha affermato Matthew Briss, vicepresidente R&D di Gartner. "Ma gli acquirenti sono già alla ricerca di applicazioni per determinare i vantaggi competitivi del calcolo quantistico per la loro attività", afferma.
Nonostante tutto il clamore pubblicitario, gli esperti ritengono che i computer quantistici siano lontani dall’essere all’avanguardia quanto lo erano i PC negli anni ’1950. Certo, stanno guadagnando slancio, ma lentamente.
“L’informatica quantistica può essere paragonata a un treno che si muove lentamente”, ha detto a Business Insider Brian Hopkins, vicepresidente e principale analista di Forrester. "Se si muove di un pollice al secondo, in un mese passerà già di due pollici al secondo." Molto presto inizierà a muoversi più velocemente."
Il grosso problema ora è che un computer quantistico non può fare nulla che un computer classico non potrebbe fare. L’industria attende con ansia il momento chiamato supremazia quantistica, in cui i computer quantistici andranno oltre i limiti attuali.
“Quando i clienti vengono da noi, la cosa principale che ci dicono è che a loro non importa quale modello sia purché sia utile per la loro attività”, afferma l’analista Briss. — Non esiste un modello che possa sovraperformare gli algoritmi classici. Dobbiamo davvero aspettare finché l’hardware del computer quantistico non inizierà a migliorare”.
Katie Pooley, ricercatrice IBM, esamina il criostato che aiuta i computer quantistici a mantenere basse le temperature. Foto: Andy Aaron, IBM
Il grosso problema resta la mancanza di potenza di calcolo. Si presume che la supremazia quantistica richiederà un computer con una potenza di 50 qubit. Sebbene questo traguardo sia stato raggiunto in laboratorio, non è permanente e non può essere sostenuto. Infatti, i qubit possono essere sia soggetti a errori che instabili, il che porta a problemi con la loro generazione e ne riduce il potenziale.
Un altro fattore importante è più materiale. I computer quantistici devono essere completamente isolati dal loro ambiente per funzionare e richiedono temperature molto basse. Anche le vibrazioni più piccole possono far collassare i qubit, gettandoli fuori dalla sovrapposizione, proprio come un bambino che bussa su un tavolo fa cadere delle monete rotanti sul tavolo.
I precedenti computer quantistici, come l’IBM Q System One, sono così ingombranti che le necessarie condizioni di isolamento e raffreddamento diventano una vera sfida. Ad aggravare questo problema è la carenza di componenti necessari: cavi superconduttori e frigoriferi a bassa temperatura. Sono in grave carenza.
In definitiva, ciò significa che, sebbene la conoscenza stia migliorando e la tecnologia stia avanzando, l’informatica quantistica non è ancora praticamente fattibile.
"Una delle sfide del mio gruppo di lavoro è la manipolazione dei materiali, del silicio e dei metalli, in modo da poter creare un ambiente molto omogeneo", ha affermato Clark di Intel. - Questa è fondamentalmente la migliore tecnologia dei semiconduttori. Le tecnologie di cui abbiamo bisogno per creare l’informatica quantistica su larga scala non esistono ancora”.
Un altro problema è che i computer quantistici hanno l’innegabile potenziale di fornire una potenza di calcolo imprevista. Tuttavia, non sono molte le persone al mondo che hanno effettivamente esperienza nella programmazione o nell'utilizzo di questi sistemi, e i potenziali acquirenti sono affascinati nel cercare di capire come utilizzarlo effettivamente.
La Grande Corsa Quantistica
Gli analisti affermano che IBM è attualmente in testa alla corsa al calcolo quantistico grazie alla limitata disponibilità commerciale di IBM Q System One. Poiché si accede tramite il cloud, IBM può mantenere queste condizioni speciali per mantenere il funzionamento di questo computer quantistico consentendo comunque a clienti selezionati di utilizzarlo.
“Penso che [il computer quantistico di IBM] stia andando alla grande”, ha affermato l’analista Briss. “Penso che il modello del calcolo quantistico come servizio sia il modello giusto”. Mettendolo in un contenitore e trattandolo in modo specifico, stanno davvero cercando di migliorarne la qualità.
Sarah Sheldon e Pat Gumann dell'IBM stanno lavorando su un frigorifero a dissoluzione che raffredda i computer quantistici. Foto: IBM
Allo stesso tempo, gli analisti notano che qualsiasi attore di questo mercato può avere in qualsiasi momento una svolta che gli permetterà di andare avanti, e che questa è ancora una rivalità necessaria.
Diversi giganti dell’IT affrontano questo problema in modo diverso. Intel, IBM, Google e la startup di informatica quantistica Rigetti stanno costruendo sistemi basati su circuiti superconduttori, alimentati da supercomputer all'avanguardia.
sta adottando un approccio completamente diverso e forse più rischioso nel tentativo di creare un qubit migliore. Il qubit topologico che Microsoft sta cercando di creare frammenta gli elettroni per archiviare le informazioni in più posti contemporaneamente, rendendole più stabili e meno soggette alla distruzione. È meno robusto di quello che i suoi concorrenti stanno cercando di costruire, ma il risultato sarebbe un importante passo avanti per l’intero campo dell’informatica quantistica, ha affermato l’analista Hopkins.
"Stanno giocando d'azzardo e molte persone pensano che non ci riusciranno mai", ha detto Hopkins.
Dal lato più avventuroso, startup come IonQ e D-Wave stanno scommettendo su tecnologie all’avanguardia come l’intrappolamento ionico e la ricottura quantistica. In poche parole, stanno cercando in modi diversi di ottenere maggiori prestazioni e stabilità da ciascun qubit, utilizzando metodi completamente nuovi.
“Questo ci consente di costruire un computer quantistico che risolve problemi complessi e progredisce continuamente nel farlo”, ha detto a Business Insider Mark Johnson, vicepresidente della progettazione e sviluppo di processori e prodotti quantistici presso D-Wave.
Uno scienziato quantistico IBM attraversa l'IBM Q Computing Center presso il Thomas J. Watson Research Center di Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou per IBM
Startup quantistiche
L’impennata dell’informatica quantistica ha suscitato un’ondata di interesse degli investitori nelle startup correlate. Robert Sutor di IBM stima che esistano circa 100 startup quantistiche di software, hardware e persino di consulenza in tutto il mondo. Questo è piccolo rispetto all’enorme mercato delle startup, ma molto più grande di prima.
"Sono stato in questo spazio per molto tempo, fin dall'inizio", ha detto Monroe di IonQ. — Per molto tempo è stato agli inizi, fino a 5-8 anni fa ha attirato l'attenzione e ha attirato ingenti investimenti. Era diventato chiaro che era giunto il momento”.
Chris Monroe, CEO e co-fondatore della startup di informatica quantistica IonQ. Foto: IonQ
Alcuni, come Rigetti, sono pronti ad affrontare i titani della tecnologia con i propri chip quantistici e sofisticati sistemi di calcolo quantistico.
“È il cuore della nostra attività”, ha detto a Business Insider Betsy Masiello, vicepresidente del prodotto presso Rigetti. — Ci sono molte aziende nel settore quantistico che lavorano su applicazioni software nel campo dell’informatica quantistica. Produciamo microchip e costruiamo sistemi informatici”.
Matthew Kinsella, amministratore delegato di Maverick Ventures, afferma di essere ottimista nel campo dell'informatica quantistica. La sua azienda è arrivata al punto di investire in ColdQuanta, una società che produce apparecchiature utilizzate nei sistemi quantistici. Si aspetta che i computer quantistici supereranno i sistemi odierni entro cinque o dieci anni. Maverick Ventures scommette sul lungo termine.
“Credo davvero nell’informatica quantistica, anche se potrebbe volerci più tempo del previsto prima che un computer quantistico diventi migliore di un computer tradizionale per risolvere i problemi quotidiani. Probabilmente vedremo i vantaggi dei computer quantistici nella risoluzione di problemi su piccola scala nei prossimi anni”, ha affermato Kinsella.
Laboratori dei sistemi 2000Q di D-Wave. Foto: Onda D
Kinsella, come gli analisti con cui abbiamo parlato, si aspetta un cosiddetto “inverno quantistico”. Potrebbe esserci del clamore attorno ai computer quantistici, ma le persone stanno nutrendo grandi speranze, avvertono gli esperti. Le macchine non sono ancora perfette e ci vorranno anni prima che gli investitori vedano i risultati.
In prospettiva
Anche al di là della supremazia quantistica, gli esperti ci assicurano che c’è ancora posto per i computer e i supercomputer tradizionali. Fino ad allora, ci sono ancora problemi di costi, dimensioni, affidabilità e potenza di elaborazione da risolvere prima di poterne discutere.
“Dobbiamo prendere fiato”, ha detto l’analista Briss. "Ci sono molte cose interessanti che accadono in quest'area che richiedono tempo." È un conglomerato di fisica, informatica e, francamente, analisi scientifica. Non dovremmo studiarlo se conoscessimo tutte le risposte, ma c’è ancora molto lavoro di ricerca da fare”.
Computer quantistico di Rigetti. Foto: Rigetto
Tuttavia, per molti è chiaro che questo è il futuro. Proprio come i creatori del primo computer mainframe non si erano resi conto che questo avrebbe portato alla nascita di smartphone sempre più piccoli. Un computer quantistico potrebbe essere il primo passo di un percorso completamente nuovo.
Pochi, come il vicepresidente della Corporate Governance di Microsoft, Todd Holmdahl, sono abbastanza ottimisti da dire che oggi potrebbe essere più significativo dell’intelligenza artificiale e dell’apprendimento automatico. Diceva ai suoi figli che avrebbero dovuto fare ciò che li appassiona e che avrebbero sempre potuto trovare un lavoro nel campo dell'intelligenza artificiale. Ora dirà lo stesso dell’informatica quantistica.
“Questa è un’area che si svilupperà. Abbiamo bisogno di persone che lo riempiano e impediscano che appassisca”, ha detto Holmdahl. "Gioca un ruolo importante nella nostra generazione, dandoci l'opportunità di creare cose straordinarie in futuro."
Fonte: habr.com