Quantumrun

CRÈDIT DE LA IMATGE: Quantumrun

Com els ordinadors quàntics canviaran el món: el futur dels ordinadors P7

David Tal, editor, futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Dilluns, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Hi ha molta publicitat que flota al voltant de la indústria informàtica general, centrada en una tecnologia específica que té el potencial de canviar-ho tot: els ordinadors quàntics. En ser el nom de la nostra empresa, admetrem un biaix en el nostre optimisme envers aquesta tecnologia, i al llarg d'aquest darrer capítol de la nostra sèrie Future of Computers, esperem compartir amb vosaltres el perquè d'això.

A nivell bàsic, un ordinador quàntic ofereix l'oportunitat de manipular la informació d'una manera fonamentalment diferent. De fet, un cop madura aquesta tecnologia, aquests ordinadors no només resoldran problemes matemàtics més ràpidament que qualsevol ordinador existent, sinó també qualsevol ordinador que es preveu que existirà durant les properes dècades (suposant que la llei de Moore sigui certa). En efecte, semblant a la nostra discussió al voltant superordinadors al nostre darrer capítol, els futurs ordinadors quàntics permetran a la humanitat abordar qüestions cada cop més grans que ens poden ajudar a obtenir una comprensió profundament més profunda del món que ens envolta.

Què són els ordinadors quàntics?

Hype a part, en què es diferencien els ordinadors quàntics dels ordinadors estàndard? I com funcionen?

Per als aprenents visuals, us recomanem que vegeu aquest divertit i breu vídeo de l'equip de YouTube de Kurzgesagt sobre aquest tema:

Mentrestant, per als nostres lectors, farem tot el possible per explicar els ordinadors quàntics sense necessitat d'un títol de física.

Per començar, hem de recordar que la unitat bàsica del procés d'informació dels ordinadors és una mica. Aquests bits poden tenir un dels dos valors: 1 o 0, activat o desactivat, sí o no. Si combineu prou d'aquests bits junts, podeu representar números de qualsevol mida i fer-hi tota mena de càlculs, un darrere l'altre. Com més gran o més potent sigui el xip de l'ordinador, més grans són els números que podeu crear i aplicar càlculs, i més ràpid podreu passar d'un càlcul a un altre.

Els ordinadors quàntics es diferencien en dos aspectes importants.

En primer lloc, és l'avantatge de la "superposició". Mentre que els ordinadors tradicionals funcionen amb bits, els ordinadors quàntics funcionen amb qubits. L'efecte de superposició que permeten els qubits és que, en lloc de limitar-se a un dels dos valors possibles (1 o 0), un qubit pot existir com una barreja d'ambdós. Aquesta característica permet que els ordinadors quàntics funcionin de manera més eficient (més ràpida) que els ordinadors tradicionals.

En segon lloc, és l'avantatge de l'"enredament". Aquest fenomen és un comportament únic de la física quàntica que uneix el destí d'una quantitat de partícules diferents, de manera que el que li passa a una afectarà a les altres. Quan s'aplica a ordinadors quàntics, això significa que poden manipular tots els seus qubits simultàniament; és a dir, en comptes de fer un conjunt de càlculs un darrere l'altre, un ordinador quàntic podria fer-los tots alhora.

La carrera per construir el primer ordinador quàntic

Aquest encapçalament és una mica equivocat. Empreses líders com Microsoft, IBM i Google ja han creat els primers ordinadors quàntics experimentals, però aquests primers prototips presenten menys de dues dotzenes de qubits per xip. I tot i que aquests primers esforços són un gran primer pas, les empreses tecnològiques i els departaments de recerca governamentals hauran de construir un ordinador quàntic amb almenys 49 a 50 qubits perquè l'exageració assoleixi el seu potencial teòric del món real.

Amb aquesta finalitat, s'estan experimentant diversos enfocaments per assolir aquesta fita de 50 qubits, però dos estan per sobre de tots.

En un camp, Google i IBM pretenen desenvolupar un ordinador quàntic representant qubits com a corrents que flueixen a través de cables superconductors que es refreden a -273.15 graus centígrads, o zero absolut. La presència o absència de corrent representa un 1 o un 0. L'avantatge d'aquest enfocament és que aquests cables o circuits superconductors es poden construir amb silici, un material amb el qual les empreses de semiconductors tenen dècades d'experiència treballant.

El segon enfocament, liderat per Microsoft, implica ions atrapats que es mantenen al seu lloc en una cambra de buit i manipulats per làsers. Les càrregues oscil·lants funcionen com a qubits, que després s'utilitzen per processar les operacions de l'ordinador quàntic.

Com utilitzarem els ordinadors quàntics

D'acord, deixant de banda la teoria, centrem-nos en les aplicacions del món real que aquests ordinadors quàntics tindran al món i com les empreses i les persones hi participen.

Problemes logístics i d'optimització. Entre els usos més immediats i rendibles dels ordinadors quàntics hi haurà l'optimització. Per a les aplicacions de viatges compartits, com Uber, quina és la ruta més ràpida per recollir i deixar tants clients com sigui possible? Per als gegants del comerç electrònic, com Amazon, quina és la manera més rendible d'entregar milers de milions de paquets durant la cursa de compra de regals de vacances?

Aquestes preguntes senzilles impliquen l'anàlisi de nombres de centenars a milers de variables alhora, una gesta que els superordinadors moderns simplement no poden gestionar; així que, en canvi, calculen un petit percentatge d'aquestes variables per ajudar aquestes empreses a gestionar les seves necessitats logístiques d'una manera menys que òptima. Però amb un ordinador quàntic, tallarà una muntanya de variables sense suar.

El temps i el clima modelatge. De manera similar al punt anterior, la raó per la qual el canal meteorològic de vegades s'equivoca és perquè hi ha massa variables ambientals perquè els seus superordinadors puguin processar (això i de vegades una mala recollida de dades meteorològiques). Però amb un ordinador quàntic, els científics meteorològics no només poden predir perfectament els patrons meteorològics a curt termini, sinó que també poden crear avaluacions climàtiques a llarg termini més precises per predir els efectes del canvi climàtic.

Medicina personalitzada. Descodificar el vostre ADN i el vostre microbioma únic és crucial perquè els futurs metges prescriguin medicaments que s'adaptin perfectament al vostre cos. Tot i que els superordinadors tradicionals han fet avenços en la descodificació de l'ADN de manera rendible, el microbioma està molt més enllà del seu abast, però no és així per als futurs ordinadors quàntics.

Els ordinadors quàntics també permetran a Big Pharma predir millor com reaccionen les diferents molècules amb els seus fàrmacs, accelerant així significativament el desenvolupament farmacèutic i reduint els preus.

Exploració espacial. Els telescopis espacials d'avui (i de demà) recullen enormes quantitats de dades d'imatges astrològiques cada dia que rastregen els moviments de bilions de galàxies, estrelles, planetes i asteroides. Malauradament, aquestes són massa dades perquè els superordinadors actuals puguin tamisar per fer descobriments significatius de manera regular. Però amb un ordinador quàntic madur combinat amb l'aprenentatge automàtic, totes aquestes dades finalment es poden processar de manera eficient, obrint la porta al descobriment de centenars o milers de planetes nous cada dia a principis de la dècada de 2030.

Ciències fonamentals. De manera similar als punts anteriors, la potència de càlcul en brut que permeten aquests ordinadors quàntics permetrà als científics i enginyers idear nous productes químics i materials, així com motors que funcionin millor i, per descomptat, joguines nadalenques més fresques.

L'aprenentatge automàtic. Utilitzant ordinadors tradicionals, els algorismes d'aprenentatge automàtic necessiten una quantitat gegant d'exemples seleccionats i etiquetats (big data) per aprendre noves habilitats. Amb la informàtica quàntica, el programari d'aprenentatge automàtic pot començar a aprendre més com els humans, de manera que poden adquirir noves habilitats utilitzant menys dades, dades més desordenades, sovint amb poques instruccions.

Aquesta aplicació també és un tema d'emoció entre els investigadors del camp de la intel·ligència artificial (IA), ja que aquesta capacitat d'aprenentatge natural millorada podria accelerar el progrés en la investigació de la IA durant dècades. Més informació sobre això a la nostra sèrie El futur de la intel·ligència artificial.

Xifrat. Malauradament, aquesta és l'aplicació que té nerviosos a la majoria d'investigadors i agències d'intel·ligència. Tots els serveis de xifratge actuals depenen de la creació de contrasenyes que trigarien milers d'anys a trencar-se un superordinador modern; teòricament, els ordinadors quàntics podrien esquinçar aquestes claus de xifratge en menys d'una hora.

La banca, la comunicació, els serveis de seguretat nacional, la mateixa Internet depèn d'un xifratge fiable per funcionar. (Oh, i oblideu-vos també del bitcoin, donada la seva dependència bàsica del xifratge.) Si aquests ordinadors quàntics funcionen tal com s'anuncia, totes aquestes indústries estaran en perill, en el pitjor dels casos, posaran en perill tota l'economia mundial fins que no creem xifratge quàntic per mantenir-lo. ritme.

Traducció d'idiomes en temps real. Per acabar aquest capítol i aquesta sèrie amb una nota menys estressant, els ordinadors quàntics també permetran una traducció d'idiomes gairebé perfecta i en temps real entre dos idiomes qualsevol, ja sigui mitjançant un xat d'Skype o mitjançant l'ús d'un dispositiu d'àudio o implant a l'orella. .

D'aquí a 20 anys, la llengua deixarà de ser una barrera per als negocis i les interaccions quotidianes. Per exemple, una persona que només parla anglès pot entrar amb més confiança en relacions comercials amb socis a països estrangers on les marques angleses no haurien pogut penetrar, i quan visita aquests països estrangers, aquesta persona fins i tot pot enamorar-se d'alguna persona que només passa a parlar cantonès.