I computer una volta erano considerati tecnologia di fascia alta, accessibile solo a scienziati e professionisti qualificati. Ma c'è stato un cambiamento sismico nella storia dell'informatica durante la seconda metà degli anni '70. Non è solo che le macchine sono diventate molto più piccole e più potenti, anche se, Certo, loro fecero. È stato il cambiamento in chi avrebbe usato i computer e dove:sono diventati disponibili per tutti da usare nella propria casa.

Oggi, L'informatica quantistica è agli inizi. Il calcolo quantistico incorpora alcuni dei concetti più strabilianti della fisica del XX secolo. Negli Stati Uniti., Google, IBM e la NASA stanno sperimentando e costruendo i primi computer quantistici. La Cina sta anche investendo molto nella tecnologia quantistica.

Come autore di "Quantum Computing for Everyone, " in uscita a marzo, Credo che ci sarà un cambiamento analogo verso l'informatica quantistica, dove gli appassionati potranno giocare con i computer quantistici dalle loro case. Questo cambiamento avverrà molto prima di quanto la maggior parte delle persone si renda conto.

L'ascesa dei personal computer

I primi computer moderni furono costruiti negli anni '50. erano grandi, spesso inaffidabile, e per gli standard odierni, non particolarmente potente. Sono stati progettati per risolvere grandi problemi, come lo sviluppo della prima bomba all'idrogeno. C'era un consenso generale sul fatto che questo fosse il genere di cose per cui i computer erano utili e che il mondo non avrebbe avuto bisogno di molti di loro.

Certo, questa visione si è rivelata completamente sbagliata.

Nel 1964, John Kemeny e Thomas Kurtz hanno scritto il linguaggio BASIC. Il loro obiettivo era progettare un linguaggio di programmazione semplice che fosse facile da imparare e consentisse a chiunque di programmare. Di conseguenza, la programmazione non era più solo per scienziati altamente qualificati. Chiunque potrebbe ora imparare a programmare, se lo volesse.

Questo cambiamento nell'informatica è continuato quando i primi home computer sono apparsi alla fine degli anni '70. Gli hobbisti possono ora acquistare il proprio computer e programmarlo a casa. Genitori e figli potrebbero imparare insieme. Questi primi computer non erano molto potenti e c'era un numero limitato di cose che potevi fare con loro, ma hanno avuto un'accoglienza estremamente entusiasta.

Mentre le persone giocavano con le loro macchine, si sono resi conto che volevano più funzionalità e più potenza. I fondatori di Microsoft e Apple hanno capito che il computer di casa aveva un futuro brillante.

Quasi tutti gli americani ora possiedono un laptop, tablet o smartphone – o tutti e tre. Passano molto tempo sui social media, e-commerce e ricerche su Internet.

Nessuna di queste attività esisteva negli anni '50. Nessuno all'epoca sapeva che volevano o avevano bisogno di loro. Era la disponibilità di un nuovo strumento, il computer, che ha portato al loro sviluppo.

Inserisci quanto

Calcolo classico, il tipo di calcolo che alimenta il computer di casa tua, si basa sul modo in cui gli umani calcolano. Scompone tutti i calcoli nelle loro parti più fondamentali:le cifre binarie 0 e 1. Oggigiorno, i nostri computer usano i bit, una parola che deriva da cifre binarie, perché sono facili da implementare con interruttori in posizione di accensione o spegnimento.

Il calcolo quantistico si basa su come calcola l'universo. Contiene tutta l'informatica classica, ma incorpora anche un paio di nuovi concetti che provengono dalla fisica quantistica.

Invece dei bit del calcolo classico, l'informatica quantistica ha qubit. Però, il risultato di un calcolo quantistico è esattamente lo stesso di quello di un calcolo classico:un numero di bit.

La differenza è che, durante il calcolo, il computer può manipolare i qubit in più modi che con i bit. Può mettere i qubit in una sovrapposizione di stati e intrecciarli.

Sia la sovrapposizione che l'entanglement sono concetti della meccanica quantistica con cui la maggior parte delle persone non ha familiarità. La sovrapposizione indica approssimativamente che un qubit può trovarsi in una combinazione di 0 e 1. L'entanglement denota la correlazione tra i qubit. Quando viene misurato uno di una coppia di qubit entangled, che mostra immediatamente quale valore otterrai quando misuri il suo partner. Questo è ciò che Einstein chiamava "azione spettrale a distanza".

La matematica necessaria per una descrizione completa della meccanica quantistica è scoraggiante, e questo background è necessario per progettare e costruire un computer quantistico. Ma la matematica necessaria per comprendere il calcolo quantistico e per iniziare a progettare circuiti quantistici è molto meno:l'algebra delle scuole superiori è essenzialmente l'unico requisito.

Informatica quantistica e tu

I computer quantistici stanno appena iniziando a essere costruiti. Sono macchine grandi, alquanto inaffidabili e non ancora molto potenti.

A cosa serviranno? L'informatica quantistica ha importanti applicazioni nella crittografia. Nel 1994, Il matematico del MIT Peter Shor ha dimostrato che, se si potessero costruire computer quantistici, sarebbero in grado di violare gli attuali metodi di crittografia di Internet. Ciò ha stimolato la costruzione di nuovi modi di crittografare i dati in grado di resistere agli attacchi quantistici, lanciando l'era della crittografia post-quantistica.

Sembra anche che l'informatica quantistica avrà probabilmente un grande impatto sulla chimica. Ci sono alcune reazioni che i computer classici hanno difficoltà a simulare. I chimici sperano che i computer quantistici saranno efficienti nel modellare questi fenomeni quantistici.

Ma non credo che abbia molto senso speculare su cosa farà la maggior parte delle persone con i computer quantistici tra 50 anni. Potrebbe avere più senso chiedersi quando l'informatica quantistica diventerà qualcosa che chiunque potrà utilizzare da casa propria.

La risposta è che questo è già possibile. Nel 2016, IBM ha aggiunto un piccolo computer quantistico al cloud. Chiunque disponga di una connessione Internet può progettare ed eseguire i propri circuiti quantistici su questo computer. Un circuito quantistico è una sequenza di passaggi di base che eseguono un calcolo quantistico.

Non solo il computer quantistico di IBM è gratuito, ma questo computer quantistico ha una semplice interfaccia grafica. È un piccolo, macchina poco potente, proprio come i primi computer di casa, ma gli hobbisti possono iniziare a giocare. Il passaggio è iniziato.

Gli esseri umani stanno entrando in un'era in cui è semplice imparare e sperimentare con il calcolo quantistico. Come con i primi computer di casa, potrebbe non essere chiaro che ci sono problemi che devono essere risolti con i computer quantistici, ma mentre le persone giocano, Penso che sia probabile che scopriranno di aver bisogno di più potenza e più funzionalità. Questo aprirà la strada a nuove applicazioni che non abbiamo ancora immaginato.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.