Quantum Computing: The Real Game Changer

Crediti immagine: recensione sincronizzata su supporto

Il calcolo quantistico sta diventando una delle nuove tecnologie più parlate, anche se non esiste ancora del tutto.
La tecnologia è progredita in modo significativo negli ultimi anni, i nostri telefoni cellulari sono diventati più potenti rispetto al computer utilizzato dalla NASA per mettere l'uomo sulla luna e migliora ogni giorno.

Nel prossimo futuro, i computer quantistici cambieranno drasticamente il nostro mondo.
Quindi perché dovrei studiarlo oggi? La mia risposta è semplice, sarà un grande cambiamento nel mondo dell'informatica come lo conosciamo, il laboratorio di ricerca di Microsoft prevede che i computer quantistici inizieranno a sostituire i nostri computer classici nei prossimi 10-15 anni. Per computer classici intendo dispositivi elettronici come laptop, telefoni, ecc.

In questo articolo, tenterei di rispondere a 4 domande principali poste quando si presenta il tema dell'informatica quantistica.
1. Che cos'è un computer quantistico?
2. Quali aree influenzerebbero i computer quantistici in ciò che facciamo?
3. Esistono computer quantistici oggi?
4. Quali sono gli strumenti disponibili per il Quantum Computing oggi?

Eviterei di usare alcune grandi terminologie fisiche in questo articolo e proverei a spiegare in termini semplici, quindi proviamo a farlo.

Che cos'è un computer quantistico?

Il calcolo quantistico sta calcolando usando fenomeni quantomeccanici, come la sovrapposizione e l'entanglement. Wikipedia

Anche questa definizione mi ha confuso, quindi lasciami provare a scrivere le mie parole.

Per definire un computer quantistico, dobbiamo prima capire cosa sono i computer classici. A un livello fondamentale, tutti i computer quantistici usano un transistor, un transistor può trovarsi in uno dei due stati; lo stato on o off, in termini di computer diremo 1 o 0, questa informazione dello stato è ciò che chiamiamo un po '(la più piccola unità di informazione all'interno di un computer). Perché un computer classico funzioni dobbiamo combinare insieme diversi bit (esistenti in uno stato acceso o spento) e transistor. Un aumento del numero di bit in un computer significa un aumento delle informazioni che il computer può elaborare. Molti transistor sono messi insieme per formare quelli che chiamiamo chip di computer, questi costituiscono i mattoni dei computer classici come la conosciamo oggi.

I computer quantistici non fanno uso di bit come abbiamo visto sopra, l'unità fondamentale di un computer quantistico è nota come qubit che è una forma abbreviata di bit quantico. Seguimi da vicino ora, mentre un po 'può esistere solo in uno stato on o off, un qubit può esistere in uno degli stati, ovvero on, off o entrambi on e off. In sostanza, un qubit può rappresentare ed elaborare più di uno stato contemporaneamente, questo lo rende più veloce ed efficiente.

The Maze Analogy fa credito a Chuck Bates

Consideriamo di attraversare un labirinto usando il concetto di computer quantistico e classico.

Quando si risolve il puzzle del labirinto utilizzando un computer classico, il computer si riavvia per elaborare nuovamente le informazioni quando raggiunge un vicolo cieco, questo perché il bit può esistere solo in uno stato in un determinato momento. L'immagine sotto mostra come un computer classico risolverebbe il puzzle del labirinto.

Come un computer classico risolverebbe un puzzle labirinto

Un computer quantistico, d'altra parte, risolverebbe il labirinto seguendo tutti i percorsi possibili allo stesso tempo, questo perché il qubit può esistere sia nello stato on che off allo stesso tempo.

Come un computer quantistico risolverebbe un puzzle del labirinto

Il qubit si ridimensiona abbastanza bene, la potenza di elaborazione di 64 bit sul classico richiederebbe solo 4 qubit sul lato quantico, si ridimensiona così in alto che 300 qubit darebbero circa 2 X 10⁹⁰ bit.

Quali aree influenzerebbero i computer quantistici in ciò che facciamo?

I computer quantistici influenzerebbero molto di ciò che sappiamo oggi nel mondo dell'informatica, ne direi solo alcuni. Lo scopo di questo articolo non andrà davvero in profondità nel modo in cui ciò accadrà.

Machine learning: Quantum Machine Learning (QML) implementerebbe algoritmi più complessi come classificazione dei dati, riconoscimento dei modelli, ordinamento, riconoscimento, ecc. Il lavoro di organizzazioni investigative come l'FBI, la CIA sarebbe molto più semplice poiché i computer quantistici darebbero un'enorme potenza di calcolo per ottenere le informazioni necessarie, questo è solo un caso d'uso.

Sicurezza e crittografia: una chiave pubblica e privata sono collegate matematicamente che una chiave pubblica può essere prodotta facilmente usando una chiave privata, ma il contrario diventa così difficile che si è rivelato essere una funzionalità di sicurezza. Ciò consente la comunicazione crittografata su Internet, si prevede che un computer quantistico sarebbe in grado di invertire questa azione in modo tale che con una chiave pubblica sia possibile produrre una chiave privata poiché può cercare combinazioni molto più velocemente.
Prima di affrettarti a chiudere tutti i tuoi account online, tieni presente che ci sono ricerche in corso per risolvere questa grave violazione proposta, è nota come crittografia post quantistica. Ciò contribuirebbe a proteggere le nostre app in futuro.

Stock Markets / Forex Trading: prevedo che la prima serie di persone che usano i computer quantistici nel mercato azionario guadagna un sacco di soldi, questo perché avranno accesso a informazioni più accurate con poco spazio per errori con il potere che viene fornito con quantum computers.

Catena a blocchi: alcuni sostengono che i computer quantistici sarebbero la fine della tecnologia blockchain. Onestamente penso che ci sia una possibilità che ciò accada, potrei non essere in grado di parlarne molto qui. Shaan Ray tenta di rispondere a queste domande nel suo post medio qui, potresti anche voler dare un'occhiata a questo fantastico post su hackernoon.

Intelligenza artificiale: se pensi che l'IA sia potente con un cervello informatico classico, immagina le sue possibilità con un cervello quantico.

L'elenco è infinito, potremmo andare avanti e su come influenzerebbe, medicina, scienza e ricerca, mercato finanziario, sviluppo software, cloud computing, ecc.

Esistono computer quantistici oggi?

Sì, lo fanno, ma non sono completamente ottimizzati per uso personale, ci sono alcune aziende che li usano oggi principalmente per scopi di ricerca. Una startup come Rigetti utilizza il quantum computing per alimentare i propri servizi cloud.
I grandi nomi come Google, IBM e Microsoft non sono esclusi, infatti, Google possiede una macchina quantistica da 72 qubit (la più grande al mondo al momento in cui scrivo.
Ma devo dire che la maggior parte del lavoro svolto con i computer quantistici è in fase di ricerca e queste aziende stanno pompando finanziamenti per realizzare questo lavoro su scala industriale, il mondo è in attesa di vedere chi farà il primo grande passo avanti con questa tecnologia.

Quali sono gli strumenti disponibili per il Quantum Computing oggi?

Esistono diversi strumenti che è possibile utilizzare per iniziare oggi con il calcolo quantistico. Regetti ha una comunità online di fisici e sviluppatori che collaborano allo sviluppo di programmi e applicazioni quantistici, il canale lento è un posto fantastico e lì ho incontrato menti davvero brillanti. Visualizza i dettagli della community Regetti qui.

Uno degli strumenti più interessanti disponibili oggi è il kit di sviluppo software Microsoft Quantum, disponibile gratuitamente e con tre componenti; Il linguaggio di programmazione Q #, il simulatore Quantum e Tutorial, esempi e kata.
Q # è stato appositamente progettato per l'informatica quantistica ed è gestito da Microsoft, funziona bene su Visual Studio.
Il simulatore Quantum può essere eseguito sul tuo computer locale o sul cloud di Azure, consente agli sviluppatori di testare, eseguire ed eseguire il debug di algoritmi quantistici, può essere scaricato qui.

I tutorial e gli esempi di Microsoft sono open source su GitHub qui.

Spero che tu abbia trovato questo articolo penetrante, grazie per aver letto.