Fizica cuantică a avut deja un impact semnificativ asupra vieții noastre. Invențiile laserului și tranzistorului sunt de fapt o consecință a teoriei cuantice - și întrucât ambele componente sunt un element de bază al fiecărui dispozitiv electronic de astăzi, la care asistați este în esență „mecanica cuantică în acțiune".
Acestea fiind spuse, industria cuantică este acum pregătită să revoluționeze lumea calculatoarelor, deoarece se fac eforturi substanțiale pentru a valorifica adevărata putere din tărâmul cuantic. Calculul cuantic ar putea găsi aplicații în diverse sectoare precum securitatea, asistența medicală, energia și chiar industria divertismentului.
Cuantic vs. Calculatoare clasice
Istoria teoriei cuantice datează de peste un secol. Cu toate acestea, actualul buzunar cuantic se datorează descoperirilor recente ale cercetărilor care sugerează, incertitudine, o proprietate inerentă a particulelor cuantice, poate servi ca o armă puternică pentru a realiza cuantica potenţial.
După cum afirmă teoria, este aparent imposibil să se cunoască fiecare proprietate a particulelor cuantice individuale (adică electroni sau fotoni). Luați în considerare un exemplu de GPS clasic, în care poate prezice cu precizie viteza, locația și direcția mișcării dvs. în timp ce ajungeți la destinația dorită.
Cu toate acestea, un GPS cuantic nu poate determina cu exactitate toate proprietățile de mai sus pentru o particulă cuantică, deoarece legile fizicii cuantice nu vă permit să faceți acest lucru. Acest lucru dă naștere unui limbaj probabilistic în lumea cuantică, mai degrabă decât un limbaj clasic al certitudinii.
În acest caz, limbajul probabilistic implică atribuirea de probabilități diferitelor proprietăți ale cuanticului particule precum viteza, poziția și direcția de mișcare cu care se pare că sunt dificil de menționat certitudine. Această natură probabilistică a particulelor cuantice dă naștere unei posibilități care permite ca orice și orice să se întâmple în orice moment al timpului.
În lumina calculelor, 0-urile și 1-urile binare reprezentate ca qubiți (biți cuantici), posedă proprietatea de a fi 1 sau 0 în orice moment.
Reprezentarea de mai sus lasă un gust amar în gură, deoarece în mașinile clasice 0 și 1 sunt legate de întrerupătoare și circuite care pornesc și se opresc în diferite momente. Prin urmare, necunoașterea stării lor exacte (adică pornit sau oprit) nu ar părea sensibilă în contextul de calcul.
Într-un sens real, ar putea provoca erori de calcul. Cu toate acestea, procesarea informațiilor în lumea cuantică se bazează pe conceptul de incertitudine cuantică - în care „suprapunerea” de 0 și 1 nu este o eroare, ci o caracteristică. Permite procesarea mai rapidă a datelor și facilitează comunicarea mai rapidă.
Citeste mai mult: Cum funcționează computerele cuantice optice
La vârful calculului cuantic
Consecința proprietății probabilistice a teoriei cuantice este că copierea precisă a informațiilor cuantice este aparent imposibilă. Din punct de vedere al securității, acest lucru este semnificativ, deoarece criminalii cibernetici care intenționează să copieze cheile cuantice pentru a cripta și a trimite mesaje ar eșua în cele din urmă, chiar dacă ar avea acces la computerele cuantice.
Este important să subliniem aici că o astfel de criptare de ultimă generație (adică o metodă sofisticată de a converti date sau chei secrete în un cod care previne accesul neautorizat) este un rezultat al legilor fizicii și nu al algoritmilor cu matematică folosiți astăzi. Criptările matematice pot fi sparte cu ajutorul computerelor puternice, cu toate acestea, spargerea criptării cuantice necesită rescrierea legilor fundamentale ale fizicii.
Deoarece criptarea cuantică diferă de tehnicile actuale de criptare, în mod similar, computerele cuantice diferă de cele clasice la un nivel foarte fundamental. Luați în considerare o analogie între o mașină și o căruță cu boi. Aici, o mașină respectă anumite legi ale fizicii care te duc la destinația dorită în timp rapid, comparativ cu omologul. Aceeași filozofie se aplică pentru un computer cuantic și un computer clasic.
Un computer cuantic utilizează natura probabilistică a fizicii cuantice pentru a efectua calcule și prelucra date într-un mod unic. Poate îndeplini sarcini de calcul într-un ritm mult mai rapid și, de asemenea, poate face un salt în concepte tradițional imposibile, precum cel al teleportării cuantice. Această formă de transmitere a datelor ar putea deschide calea către internetul viitorului, adică internetul cuantic.
La ce ar putea fi folosit un computer cuantic astăzi?
Calculatoarele cuantice ar putea fi utile pentru organizațiile de cercetare și dezvoltare, autoritățile guvernamentale și academice instituții, deoarece ar putea ajuta la rezolvarea problemelor complexe pe care computerele actuale le găsesc provocatoare a avea de-a face cu.
O aplicație semnificativă ar putea fi în dezvoltarea medicamentelor, în care ar putea simula perfect și analizați substanțele chimice și moleculele, deoarece moleculele funcționează pe aceleași legi ale fizicii cuantice ca și cuantica calculatoare. În plus, ar putea fi posibilă o simulare eficientă a chimiei cuantice, deoarece cele mai rapide supercomputere nu reușesc să atingă obiectivul astăzi.
De asemenea, computerele cuantice ar putea rezolva probleme complexe de optimizare și ar putea ajuta la căutarea rapidă a datelor nesortate. Există numeroase aplicații în acest sens, de la sortarea datelor climatice, de sănătate sau financiare aparent dinamice, până la optimizarea logisticii sau a fluxului de trafic.
Calculatoarele cuantice sunt, de asemenea, bune la recunoașterea tiparelor în date, cum ar fi problemele de învățare automată. În plus, computerele cuantice ar putea juca un rol crucial în dezvoltarea de modele pentru a prezice viitorul, cum ar fi prognoza meteo.
Pregătirea pentru viitorul cuantic
Pe măsură ce cursa pentru un viitor cuantic este pe primul plan, investitorii și organismele guvernamentale alimentează miliarde de dolari în cercetare și dezvoltare cuantică. O rețea globală de comunicații care utilizează distribuția cheilor cuantice bazată pe satelit a fost deja implementată, stabilind calea pentru dezvoltarea ulterioară.
Companii precum Google, Amazon, Microsoft, IBM și altele fac investiții mari în dezvoltarea resurselor de calcul cuantic, adică hardware și software.
Conform Cosmos, o echipă de cercetători din China a construit un computer cuantic care a finalizat un calcul complex în puțin peste 60 de minute, care ar fi durat cel puțin 8 ani sau mai mult pentru ca un computer clasic să ajungă complet.
Este un punct culminant al dezvoltărilor de calcul cuantic care au avut loc în ultimii doi ani. Se crede că comunitatea științifică a obținut în sfârșit evazivul „avantaj cuantic” - unde se află calculul cuantic într-o poziție de a rezolva cea mai sofisticată problemă pe care calculația clasică ar putea să o ia literalmente timp nepractic pentru a-l înțelege.
Etapa cuantică a fost realizată pentru prima dată de Google în 2019 unde au folosit qubiți care foloseau curent pentru a efectua calcule. Mai târziu în 2020, echipa chineză a folosit qubituri fotonice pentru a accelera procesul. Acum, în 2021, o altă echipă chineză (condusă de Jian-Wei Pan la Universitatea de Știință și Tehnologie din China din Shanghai) a depășit din nou Google.
În o lucrare de cercetare publicată pe serverul de pre-print ArXiv, echipa de cercetare care a contribuit la cercetare și-a dezvăluit descoperirile pentru avantajul cuantic în care au folosit qubits supraconductori pe un procesor cuantic numit Zuchongzhi care este format din 66 de qubiți. Echipa a demonstrat că Zuchongzhi a reușit să manipuleze 56 de qubiți pentru a rezolva o problemă de calcul care viza testarea puterii computerelor.
Îmbrățișând Incertitudinea
Dezvoltarea rapidă în lumea tehnologiei cuantice din ultimii cinci ani a fost destul de interesantă. Conform Daily Quantum, se preconizează că industria cuantică va avea o evaluare de mai multe miliarde de dolari până la sfârșitul anului 2030. Cu toate acestea, există diverse provocări practice de depășit înainte de o astfel de desfășurare la scară largă, dar viitorul pare luminos.
Din fericire, teoria cuantică aruncă lumină în partea mai strălucitoare a „imprevizibilității”. Pe măsură ce teoria spune, două qubituri pot fi blocate între ele, cu probabilitatea ca fiecare qubit să rămână nedeterminat individual, dar este sincronizat cu celălalt atunci când este privit ca o unitate - ceea ce înseamnă că ambele sunt 0 sau 1.
Această imprevizibilitate individuală și certitudinea combinată se numește „încurcarea” - un instrument la îndemână pentru majoritatea algoritmilor de calcul cuantic de astăzi. Prin urmare, gestionând cu precauție incertitudinea, organizațiile se pot forma pentru a îmbrățișa viitorul cuantic.
Computerele sunt din ce în ce mai mici, dar vor fi vreodată atât de mici încât să fie invizibile cu ochiul liber?
Citiți în continuare
- Tehnologie explicată
- Calculul cuantic
Aboneaza-te la newsletter-ul nostru
Alăturați-vă newsletter-ului pentru sfaturi tehnice, recenzii, cărți electronice gratuite și oferte exclusive!
Încă un pas…!
Vă rugăm să confirmați adresa de e-mail în e-mailul pe care tocmai vi l-am trimis.
