Content
- Realitat quàntica
- La realització d’un bit quàntic
- Sense errors, sense estrès: la vostra guia pas a pas per crear programes que canvien la vida sense destruir la vida
- Què tan a prop estem?
- Conclusió
Font: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Emportar:
Mireu més de prop la informàtica quàntica, com funciona i el seu potencial futur.
"Si creieu que enteneu la física quàntica, no enteneu la física quàntica". Aquesta cita s'atribueix al físic Richard Feynman, però no està clar si en realitat ho va dir. Heus aquí una cita més fefaent de Feynman d’una publicació del MIT del 1995: “Crec que puc dir amb seguretat que ningú entén la mecànica quàntica”.
Realitat quàntica
Ara que ho hem aconseguit, veurem si hi ha alguna cosa que sabem. La mecànica quàntica és estranya. Aquestes minúscules partícules a nivell quàntic no es comporten tan bé com s’esperava. Allà les coses són diferents.
Passen coses boges a l’univers quàntic. Hi ha l’atzar intrínsec, la incertesa i l’enredat. Tot sembla una mica.
Ara sabem que els àtoms i les partícules subatòmiques actuen com si estiguessin connectats. Einstein va anomenar enredament quàntic “acció fantàstica a distància”. Imagina dos objectes que estan físicament separats, però que es comporten de la mateixa manera, tenen les mateixes propietats i actuen com un mateix. Imaginem ara que aquests dos objectes es separen a 100.000 anys llum. Molt estrany.
Hi ha més. El principi d'incertesa en la mecànica quàntica diu que no es poden conèixer certes propietats de les partícules. A això s'afegeix el problema de la decoració, que té alguna cosa a veure amb el col·lapse de la funció d'ona. I les versions de l'experiment de doble escletxa semblen suggerir que un objecte quàntic pot estar en dos llocs alhora, que l'observació canvia la naturalesa de les partícules subatòmiques o que sembla que els electrons han viatjat en el temps.
Ara veieu per què construir un ordinador quàntic pot ser un repte. Però això no impedeix que les persones ho intentin. (Per obtenir més informació sobre la computació quàntica, vegeu Per què la computació quàntica pot ser la següent desviació a la carretera de grans dades.)
La realització d’un bit quàntic
El problema amb la incertesa és que dificulta la computació. L’objectiu sempre es mou. I fins i tot si desenvolupeu algun sistema matemàtic, com podeu corregir els errors? I creies que el binari era dur.
"El qubit és un sistema mecànic quàntic que, en algunes circumstàncies adequades, es pot considerar que només té dos nivells quàntics", afirma la professora Andrea Morello, de la Universitat de Nova Gal·les del Sud, a Austràlia. "I un cop tingueu això, podeu utilitzar-lo per codificar informació quàntica."
Sense errors, sense estrès: la vostra guia pas a pas per crear programes que canvien la vida sense destruir la vida
No podeu millorar les vostres habilitats de programació quan ningú es preocupa per la qualitat del programari.
Més fàcil dit que fet. Els ordinadors quàntics actuals encara no són gaire potents. Encara estan intentant que els edificis siguin correctes.
Un bit quàntic, també conegut com a qubit, té un potencial exponencialment més que el bit clàssic en informàtica digital binària. Una partícula elemental pot estar en diversos estats simultàniament, una qualitat coneguda com a superposició. Mentre que un bit clàssic pot estar en qualsevol dels dos estats (un o zero), un qubit pot estar en ambdues posicions alhora.
Penseu en una moneda. Té dos costats: caps o cues. Una moneda és binària. Però imagineu-vos que torneu la moneda a l’aire i continua voltejant indefinidament. Mentre flota, es dirigeix o es tracta de cues? Què serà si hauria d’aterrar mai? Com es pot quantificar la moneda flipping? Es tracta d’un feble intent d’il·lustrar la superposició.
Llavors, com fer un qubit? Bé, si els físics quàntics no entenen la mecànica quàntica, aquí difícilment podríem gestionar una explicació adequada. Ens conformem amb una llista breu de tecnologies que s’estan provant per crear qubits:
- Circuits superconductors
- Torns de gir
- Trampes iòniques
- Circuits fotònics
- Tretes topològiques
Els més populars són els dos primers. Les altres són temes de recerca universitària. En la primera tècnica, els superconductors es superen la refrigeració per eliminar la interferència electromagnètica. Però els temps de coherència són relativament curts i es descomponen les coses. El professor Morello treballa en la tècnica de spin. Les partícules quàntiques tenen càrrega elèctrica, igual que els imants. Mitjançant impulsos de microones, és capaç d’esquivar un electró en lloc de baixar, creant així un transistor d’un sol electró.
Després queda la qüestió de la tolerància a les falles i la correcció dels errors. Els investigadors de la Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara, han aconseguit la fidelitat del 99,4 per cent amb les portes qubit. Han aconseguit un 99,9 per cent de fidelitat a les portes de la Universitat d'Oxford. Així doncs, hi som?
Què tan a prop estem?
Edwin Cartlidge fa aquesta pregunta en un article d'octubre de 2016 per a Optics & Photonics News. Un avís de l'ETSE del 2015 que les organitzacions haurien de canviar-se per tècniques de xifrat de "quantum safe safe" us haurien de dir que hi ha alguna cosa a l'horitzó.
Google, Microsoft, Intel i IBM són al joc. Un dels llindars que persegueix Google és una cosa que han anomenat "supremacia quàntica". S'utilitza per descriure aquell punt en què un ordinador quàntic fa alguna cosa que un ordinador clàssic no pot.
IBM té previst llançar un ordinador quàntic "universal" el 2017, segons David Castelvecchi, a Scientific American. S’anomenarà “IBM Q”, que serà un servei basat en núvol disponible a Internet per un suplement. Podeu tastar el que treballen provant la seva experiència quàntica, ja disponible en línia. Però Castelvecchi diu que cap d’aquests esforços són més potents que els ordinadors convencionals - encara. La supremacia del quàntic encara no s'ha establert.
Segons va informar Techopedia el 2013, Google té moltes aplicacions per a un ordinador quàntic madur, un cop desenvolupat. Microsoft treballa en informàtica quàntica topològica. Diverses startups es van acumulant i s’està treballant moltíssim al camp. Però alguns experts adverteixen que el plat encara no pot estar totalment cuit. "No estic fent cap nota de premsa sobre el futur", diu Rainer Blatt a la Universitat d'Innsbruck a Àustria. I el físic David Wineland diu: "Sóc optimista a llarg termini, però el que significa" a llarg termini ", no ho sé." (Vegeu que podria fer-se l'ordinador quàntic de Google Things Cool Googles).
Encara que s’aconsegueixi la supremacia de la computació quàntica, no ho busqueu per substituir el vostre portàtil en cap moment. Els ordinadors quàntics, com els seus homòlegs binaris dels primers dies, només poden ser dispositius especialitzats dedicats a propòsits específics. Un dels usos més comunes seria tenir un ordinador quàntic que simula la mecànica quàntica. A part d’operacions informàtiques intensives com la predicció del temps, l’ús de la computació quàntica pot estar centralitzat i limitat al núvol. Per descomptat, aquest pot ser el lloc perfecte per a això.
Conclusió
El professor Morello va identificar clarament el repte principal de la informàtica quàntica. Abans de poder començar a codificar informació, heu de poder establir dos nivells quàntics discrets amb el qubit. Un cop aconseguit, la computació quàntica “et dóna accés a un espai de càlcul exponencialment més gran que un ordinador clàssic. Per exemple, un ordinador quàntic amb 300 qubits (N qubits = 2)N bits clàssics) podrien processar més trossos d'informació que no hi ha partícules a l'univers.
Hi ha molts trossos. Però arribar d’aquí cap allà caldrà fer-ho.