Immagina un computer che funzioni quasi alla stessa velocità del corpo umano e memorizza tutti i suoi dati, come gli umani, su basi di DNA. Questa non è fantascienza - è molto un fatto scientifico - poiché gli scienziati hanno recentemente dimostrato come salvare i dati nel DNA. Solo negli ultimi due anni, i chip di elaborazione di computer quantistici hanno fatto passi da gigante nel mondo tecnologico con processori più grandi e migliori costruiti e in uso sperimentale.
Leggi e computer di meccanica quantistica
La meccanica quantistica fornisce le leggi e base per la costruzione di computer quantistici. Questo è il campo della scienza che descrive come le particelle subatomiche si comportano e interagiscono, e include leggi, teorie e principi della fisica quantistica che descrivono come queste interazioni sbalorditive si verificano nel campo dell'informatica.
Queste teorie e le leggi includono quantizzazione energetica, pacchetti di energia definiti come quantistici; l'esistenza simultanea di particelle come onde e particelle note come dualità onda-particella; Il principio di incertezza di Heisenberg, secondo il quale la misurazione fa collassare la particella subatomica in uno dei suoi due stati potenziali; e il principio di corrispondenza, sviluppato dal fisico Niels Bohr, che postulava che qualsiasi nuova teoria deve applicarsi anche ai fenomeni convenzionali nella vecchia fisica, non solo descrivere il comportamento di particelle e onde a livello atomico in nuove teorie.
Come Quantum I computer operano
Nell'elaborazione standard, i computer eseguono elaborando digitalmente bit di informazioni in uno di due valori: zero e uno, che rappresentano uno stato acceso o spento. Mentre la velocità dei computer è aumentata in modo esponenziale dai primi tempi dei personal computer alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, questi e persino i supercomputer utilizzati dai militari, i laboratori di ricerca e le università hanno ancora limiti sulla velocità con cui completano complesse equazioni matematiche. Alcune equazioni impiegano anni perché anche i supercomputer funzionino a causa della lunghezza di alcune equazioni matematiche.
Non così con un computer quantistico, costruito sull'idea di bit quantici, noti come qubit, dato che questi dati possono esiste in più stati 0 e 1 contemporaneamente. Maggiore è il numero di qubit in un computer quantistico, maggiore è il potenziale che consente - e possono verificarsi calcoli di dati più veloci. A causa dell'entanglement quantistico, ciò che Einstein chiamava "azione spettrale a distanza", i qubit possono operare a grande distanza tra loro senza la necessità di cavi. E per questo, ciò che accade a una particella, accade contemporaneamente all'altra.
Cosa fanno i computer quantistici
I computer quantistici funzionano così velocemente che possono rompere la maggior parte dei metodi di crittografia in uso oggi, comprese le transazioni bancarie e altri metodi di sicurezza informatica. Nelle mani di persone con intenti maliziosi, un computer quantistico farebbe molto danno e potrebbe mettere il mondo in ginocchio tecnologico.
Ma nelle mani di persone con le giuste intenzioni, i computer quantistici avanzeranno artificialmente capacità di intelligenza diverse da qualsiasi altra cosa vista finora. Ad esempio, è possibile caricare nel computer la tavola periodica e le leggi della meccanica quantistica per progettare celle solari più efficienti. I computer quantistici possono portare a processi di produzione ottimizzati e ottimizzati, migliorare le batterie delle auto elettriche, calcolare gli algoritmi più rapidamente per dissolvere gli ingorghi del traffico autostradale, capire i migliori metodi di spedizione e rotte di viaggio e fondamentalmente sgranocchiare i dati a velocità impareggiabili persino nel supercomputer più veloci.
Innovazioni nei computer quantistici
I computer quantistici non offrono solo un tipo più avanzato di tecnologia; sono la base per una forma completamente nuova di elaborazione basata sulle leggi che sono alla base della meccanica quantistica. Rispetto a un computer standard dotato di metodi di elaborazione classici, un computer quantistico fa sembrare un computer normale un triciclo rispetto a un'auto da corsa superveloce.
Gli sviluppi negli elaboratori di qubit nel corso degli anni includono:
Mentre i computer quantistici funzionano velocemente, in questo momento non hanno modo di archiviare i dati a perché in base alle regole della meccanica quantistica esistenti, non è possibile creare un duplicato, una copia o salvare i dati nel sistema quantistico. Ingegneri e scienziati stanno studiando diversi modi per archiviare i dati quantistici; alcuni stanno addirittura prendendo in considerazione la memorizzazione di dati su filamenti di DNA.
Nel 2017 gli scienziati hanno sviluppato un metodo che memorizza circa 215 milioni di gigabyte di informazioni in un singolo grammo di DNA. I dischi rigidi convenzionali memorizzano i dati in due dimensioni, mentre il DNA offre tre dimensioni e una maggiore memorizzazione dei dati. Se un modo di usare il DNA si rivelasse praticabile, in pratica tutta la conoscenza del mondo immagazzinata sul DNA riempirebbe una singola stanza o il retro di due camioncini standard.
Il futuro è quantico
Ricercatori e grandi i giocatori di tutto il mondo si stanno arrampicando per costruire il prossimo processore più grande. IBM ha messo il quantum computing nel suo cloud, rendendolo disponibile a quasi tutti coloro che si iscrivono per partecipare ai suoi esperimenti.
Microsoft sta integrando il quantum computing nella sua piattaforma Visual Studio, ma oltre a annunciare in Settembre 2017 dei suoi piani per basare i suoi piani sulla particella Fermana di Majorana - una particella che esiste come propria antiparticella e che è stata scoperta nel 2012 - Microsoft rimane relativamente silenziosa sui suoi piani di calcolo quantistico.
Google ha in programma di domina il campo dei computer quantistici e spera di raggiungere la "supremazia quantistica" costruendo un chip in grado di superare i supercomputer di oggi con i suoi calcoli quantistici.
Indipendentemente dai progressi compiuti nell'informatica quantistica, i computer quantistici non riusciranno a farcela le mani del pubblico presto. I computer quantistici funzionanti si troveranno prima nei laboratori, nei think tank e nei centri di ricerca per aiutare a risolvere equazioni che richiederebbero anni prima che i supercomputer funzionino.
Sebbene molti ricercatori prevedano la commercializzazione dei computer quantistici entro i prossimi quattro cinque anni, potrebbero passare alcuni anni e ancora prima che i computer quantistici diventino la norma per il pubblico.
