L’INFORMATICA QUANTISTICA POTREBBE CAMBIARE TUTTO. ECCO COSA DEVI SAPERE

L’INFORMATICA QUANTISTICA POTREBBE CAMBIARE TUTTO E IBM STA CORRENDO CON MICROSOFT, INTEL E GOOGLE PER CONQUISTARLO. ECCO COSA DEVI SAPERE

A gennaio, IBM ha fatto ondate quando ha annunciato il suo IBM Q System One, il primo computer quantistico al mondo disponibile per le aziende: un sistema contenuto in una elegante vetrina da 9 piedi cubici.

È un’importante pietra miliare per i computer quantistici, che fino ad oggi erano stati trovati principalmente nei laboratori di ricerca. Già, dice IBM, i clienti si stanno allineando per capire come mettere le mani su questa tecnologia, che promette in campi diversi come la chimica, la scienza dei materiali, la produzione alimentare, l’aerospaziale, la scoperta di farmaci, la previsione del mercato azionario e persino la lotta al clima modificare.

 

La ragione per l’eccitazione: un computer quantistico ha proprietà apparentemente magiche che gli permettono di elaborare esponenzialmente più informazioni di un sistema convenzionale. Un computer quantico non è solo un computer molto più veloce. Piuttosto, è un paradigma dell’informatica completamente diverso che richiede un radicale ripensamento.

Ora, la gara è la prima azienda a conquistare l’enorme opportunità offerta da questa tecnologia. IBM, Microsoft, Google e altri titani e startup tecnologici stanno facendo grandi scommesse sulla tecnologia. Nel frattempo, a dicembre, il governo degli Stati Uniti ha approvato la National Quantum Initiative Act, che propone di spendere 1,2 miliardi di dollari nei prossimi cinque anni in laboratori, università e aziende per far avanzare le tecnologie di calcolo quantistico.

“Chiediamo, cosa significa rendere questi sistemi accessibili alle persone?” Bob Sutor, vice presidente di IBM Q Strategy ed Ecosystem, ha dichiarato a Business Insider. “In che modo le persone potranno accedervi? Come sempre più persone possono imparare a usare i computer quantici per risolvere le cose?”

Per saperne di più: IBM presenta il primo computer quantistico al mondo che le aziende possono effettivamente utilizzare per risolvere problemi precedentemente impossibili

Ma non aspettatevi di vedere i computer quantistici in ufficio in tempi brevi: gli esperti con cui abbiamo parlato affermano che, nonostante la precedente posizione di IBM, ci vorranno ancora cinque o dieci anni prima che l’informatica quantistica colpisca davvero il mainstream. IBM Q System One è attualmente disponibile solo come servizio di cloud computing per selezionare i clienti; ci vorrà un po ‘prima che qualcosa del genere possa essere qualcosa che le persone possono acquistare e mettere al lavoro secondo le proprie condizioni.

In effetti, gli esperti dicono a Business Insider che i computer quantistici sono estremamente promettenti, ma sono molto lontani dall’essere pronti per il mainstream. Sono estremamente delicati e richiedono determinate condizioni per funzionare. Inoltre, i computer quantistici oggi non sono altrettanto affidabili o potenti dei computer che già possediamo.

“Pensiamo che passerà circa un decennio prima che un computer quantico cambierà la tua vita o la mia”, ha detto a Business Insider Jim Clarke, direttore hardware quantistico di Intel. “Siamo davvero solo al miglio 1 di una maratona qui. Ciò non significa che non dovremmo entusiasmarci.”

Cos’è un computer quantico?
Bill Gates una volta ha scherzato dicendo che la matematica dietro a quantum era al di là della sua comprensione, ma non tutti sono d’accordo.

“È un po ‘errato pensare che la fisica quantistica sia troppo fisica e troppo difficile”, ha dichiarato a Business Insider Chris Monroe, CEO e co-fondatore di IonQ. “Ciò che rende inaccessibile a molte persone è che è strano, ma è strano per me come lo è per te.” Se qualcosa può essere in sovrapposizione, ciò significa che può essere in due stati contemporaneamente .. È strano perché non abbiamo esperienza con questo nel mondo reale. “

I computer che siamo abituati a rappresentare i dati come una stringa di 1 o 0 – è per questo che lo chiamano codice binario. Tuttavia, un computer quantico può rappresentare dati come 1, 0 o, soprattutto, entrambi allo stesso tempo.

Quando un sistema può essere in più di uno stato contemporaneamente, questo è chiamato “sovrapposizione”, una delle proprietà apparentemente magiche del calcolo quantico. L’altro principio chiave qui è “entanglement”, che è una proprietà quantica che consente a due particelle di muoversi in perfetta sincronia, non importa quanto distanti siano fisicamente.

Come questo articolo di Scientific American spiega in maggiore profondità tecnica, queste due qualità si combinano per creare un computer in grado di elaborare molti più dati in parallelo in una sola volta rispetto a qualsiasi altro sistema sul mercato oggi.

Il potere di un computer quantistico è misurato in qubit, la più elementare unità di misura in un computer quantistico. Allo stesso modo in cui i computer attuali hanno processori a 32 o 64 bit, una misura della quantità di dati che possono elaborare contemporaneamente, un computer quantistico con più qubit ha livelli più elevati di potenza di elaborazione.

Il cielo è il limite
Tutto ciò significa che un computer quantistico può risolvere problemi precedentemente limitati dalla potenza di calcolo.

Ad esempio, un computer quantistico sarebbe in grado di forzare la propria strada attraverso il famigerato problema dei commessi viaggianti, un difficile problema di elaborazione che richiede la ricerca del percorso più breve possibile per un venditore tra più città prima di tornare a casa. Sembra semplice, ma trovare il singolo percorso migliore diventa molto complicato, matematicamente parlando – specialmente se aggiungi altre città al percorso del venditore.

Allo stesso modo, un computer quantico sarebbe in grado di farsi strada tra i problemi più complessi e dispendiosi in termini di tempo, setacciare enormi quantità di dati finanziari, farmaceutici o climatologici per ottenere risposte ottimizzate. In effetti, la startup quantistica D-Wave sta già lavorando con Volkswagen per analizzare i modelli di traffico e setacciare tutto quel tremendo rumore per alcune intuizioni utili.

Un uso più controverso sarebbe nella crittografia: un computer quantistico potrebbe farsi strada attraverso qualsiasi tipo di cifratura conosciuta, rendendo facile decrittografare anche le informazioni più sensibili. C’è un forte interesse per questo utilizzo da parte dei governi mondiali, mentre gli attivisti temono che l’avvento dell’informatica quantistica possa significare la fine della privacy.

Una sfida fisica
Dato che l’informatica quantistica è ancora nelle sue fasi iniziali, c’è molto che non è ancora una campagna pubblicitaria non dimostrata, afferma Matthew Brisse, vicepresidente alla ricerca di Gartner. Ma già, i clienti stanno guardando lo spazio per determinare se il calcolo quantico porterà vantaggi commerciali competitivi, dice.

Nonostante questo hype, e il bilanciamento della mano, gli esperti dicono che i computer quantistici sono lontani dal mainstream dei PC negli anni ’50. Sta prendendo forza, certo, ma si muove lentamente.

“L’aspetto dell’informatica quantistica è che si può pensare a un treno che si muove lentamente”, ha dichiarato a Business Insider Brian Hopkins, vicepresidente e principale analista di Forrester. “Se sta andando da un pollice al secondo, un mese dopo sta andando a due pollici al secondo, molto presto si muoverà molto velocemente.”

Un grosso problema al momento è che non c’è niente che un computer quantico possa fare che un computer classico non possa fare. L’industria guarda ad un punto chiamato supremazia quantistica, dove i computer quantici vanno oltre i limiti attuali, ma non è ancora successo.

“Quando i clienti vengono da noi, una delle cose che ci dicono è che non si preoccupano di quale modello, purché possa fornire valore per il business”, ha detto Brisse, l’analista. “Non c’è nessun modello là fuori che possa superare gli algoritmi classici, ma dobbiamo davvero aspettare che la maturità dell’hardware diventi sempre più veloce.”

 

Katie Pooley, membro dello staff dell’IBM Research, esamina un criostato, che aiuta i computer quantici a rimanere a basse temperature
Andy Aaron, IBM
Un grande punto critico è solo in termini di potenza grezza. Ci si aspetta che la supremazia quantistica richieda un computer con 50 qubit. Mentre questo traguardo è stato raggiunto in laboratorio, non è abbastanza stabile da mantenere. Infatti, i qubit possono essere sia soggetti a errori che instabili, presentando un’altra sfida non solo nella loro generazione, ma rendendoli più utili.

L’altro grande fattore è più fisico. I computer quantistici devono essere completamente isolati dal loro ambiente per funzionare e richiedono un freddo estremo. In effetti, le vibrazioni più deboli possono far crollare i qubit, togliendoli dalla sovrapposizione, in modo simile a un bambino che batte su un tavolo e facendo cadere le monete rotanti sul tavolo.

I primi computer quantistici, come il Q System One di IBM, sono così grandi che i livelli richiesti di isolamento e raffreddamento diventano una vera sfida – con aspetti non aiutati dal fatto che i componenti essenziali, inclusi cavi superconduttori e frigoriferi super-raffreddati, scarseggiano .

In definitiva, significa che mentre la scienza è dimostrata e la tecnologia sta arrivando, il calcolo quantistico è ancora quasi del tutto impraticabile.

“Una delle sfide nel mio gruppo è la manipolazione dei materiali, dei siliconi, dei metalli in modo che possiamo creare un ambiente molto uniforme”, ha affermato Clarke di Intel. “Questa è fondamentalmente l’ingegneria dei semiconduttori al suo meglio e le tecnologie di cui abbiamo bisogno per rendere il calcolo quantistico su larga scala ancora non esistono”.

Un altro problema è che i computer quantici hanno il potenziale innegabile di fornire potenza di calcolo imprevista. Ma non ci sono molte persone in questo mondo che hanno esperienza nella codifica o nella gestione di questi sistemi, lasciando anche gli entusiasti potenziali clienti che cercano di capire come effettivamente trarre vantaggio.

Per saperne di più: BMW e Goldman Sachs stanno investendo milioni in un nuovo tipo di supercalcolo che potrebbe cambiare il mondo. Ma per ora, nessuno sa cosa farsene

La grande razza quantica
Gli analisti dicono che IBM sta attualmente guidando la corsa nel calcolo quantico, come lo è, grazie alla limitata disponibilità commerciale di IBM Q System One. Poiché è accessibile tramite il cloud, IBM è in grado di mantenere quelle condizioni particolarissime per rendere questa funzione quantistica del computer senza tralasciare i clienti selezionati.

“Penso che [il computer quantistico di IBM] oscilli”, dice Brisse, l’analista. disse. “Penso che il modello di quantum computing come servizio sia il modello giusto: mettendolo nel contenitore e affrontando alcuni dei problemi di rumore, stanno davvero cercando di migliorare la qualità”.

Sarah Sheldon e Pat Gumann dell’IBM lavorano su un frigorifero di diluizione quantica, che raffredda i computer quantistici.
IBM
Detto questo, gli analisti osservano che chiunque potrebbe avere una svolta in qualsiasi momento che lo aiuti a tirare avanti, e che è ancora molto il gioco di nessuno.

Titani tecnologici diversi stanno adottando approcci diversi al problema. Intel, IBM, Google e la startup di quantum computing Rigetti stanno costruendo sistemi progettati attorno a circuiti superconduttori, prendendo spunto dai supercomputer convenzionali di oggi.

Microsoft sta adottando un approccio completamente diverso, e forse più rischioso, nel tentativo di costruire un qubit migliore. Il qubit topologico che Microsoft sta cercando di costruire frammenterebbe gli elettroni per archiviare le informazioni in più punti allo stesso tempo, rendendolo più stabile e meno incline al collasso. È molto meno provato di quello che i suoi concorrenti stanno cercando di costruire, ma il risultato sarebbe un importante passo in avanti per l’intero campo dell’informatica quantistica, afferma Hopkins, l’analista.

“Stanno prendendo una grande scommessa perché molte persone dicono che non ci riusciranno mai”, ha detto Hopkins.

Sul tema dei giochi d’azzardo, startup come IonQ e D-Wave puntano le loro scommesse su tecnologie all’avanguardia come la trappola ionica e la ricottura quantistica rispettivamente – in breve, modi diversi per aumentare le prestazioni e l’affidabilità di ogni qubit, usando nuove novità metodi.

“Ci consente di costruire un computer quantico che risolva i problemi e di fare continuamente progressi su grandi problemi”, ha dichiarato a Business Insider Mark Johnson, vice presidente della progettazione e dello sviluppo dei processori e dei prodotti quantistici di D-Wave.

 

Uno scienziato quantistico IBM attraversa il centro di calcolo IBM Q presso il Thomas J Watson Research Center a Yorktown Heights, New York.
Connie Zhou per IBM
Startup quantiche
L’ondata crescente dell’informatica quantistica ha provocato un’ondata di interesse degli investitori in start-up correlati. Il Sutor di IBM stima che ci siano circa 100 startup in tutto il mondo, nel software quantistico, nell’hardware e persino nella consulenza. Questo è piccolo rispetto al più grande mercato di avvio, ma molto più di quello che c’era.

“Sono stato sul campo da molto tempo dall’inizio”, ha detto Monroe di IonQ. “È stato un campo nascente per molto tempo fino a 5-8 anni fa, quando l’industria ha iniziato non solo prestando attenzione, ma facendo grandi investimenti. Si sono resi conto che era giunto il momento”.

 

Chris Monroe, CEO e co-fondatore della startup quantica di calcolo IonQ
IonQ
Alcuni, come Rigetti, sono disposti a prendere i tecnologici in testa a testa con i propri chip quantici e sistemi di calcolo quantistico completi.

“È il fulcro della nostra esistenza commerciale”, ha dichiarato a Business Insider Betsy Masiello, vicepresidente di prodotto di Rigetti. “Ci sono un sacco di aziende che si trovano nello spazio quantico che stanno lavorando per applicazioni software nel calcolo quantico, stiamo producendo chip e stiamo costruendo sistemi informatici”.

Matthew Kinsella, amministratore delegato di Maverick Ventures, afferma di essere ottimista sull’informatica quantistica: la sua azienda è arrivata a investire in ColdQuanta, una società che produce attrezzature per l’uso in sistemi quantistici. Si aspetta che ci vorranno dai cinque ai dieci anni fino a quando i computer quantistici supereranno i sistemi di oggi, ma Maverick è pronto per il lungo periodo.

“Credo davvero nel calcolo quantico anche se potrebbe essere più lungo di quanto si pensasse inizialmente prima di avere un computer quantistico generalizzabile che è migliore di un computer tradizionale per risolvere problemi del mondo reale, anche se potremmo ricevere annunci di interessanti problemi di ottimizzazione su scala ridotta. fatto nei prossimi anni “, ha detto Kinsella a Business Insider.

 

I sistemi 2000Q di D-Wave in laboratorio
D-Wave
Ma Kinsella, come gli analisti con cui abbiamo parlato, si aspetta anche quello che viene definito un “inverno quantico”. Potrebbe esserci un hype sui computer quantistici, ma le persone stanno superando se stesse, avvertono questi esperti. Le macchine non sono ancora pronte e non ci vorranno anni prima che gli investitori inizino a vedere i risultati.

In attesa
Anche oltre il punto di supremazia quantistica, gli esperti del settore ci dicono che ci sarà ancora posto per computer e supercomputer convenzionali. Nel frattempo, ci sono molte cose da fare con costi, scalabilità, affidabilità e potenza di elaborazione prima ancora di poter avere quella conversazione.

“Tutti devono fare un respiro profondo con il quantum”, ha detto Brisse, l’analista. “Ci sono molte cose eccitanti in corso, ma ci vorrà del tempo: è il conglomerato della fisica, dell’informatica e, francamente, della ricerca. Non avremmo dovuto cercarlo se avessimo saputo tutte le risposte, e ci sarebbe stato una quantità significativa di ricerche in futuro “.

Il computer quantistico di Rigetti
Rigetti
Tuttavia, è chiaro a molti che questa è l’onda del futuro. Nello stesso modo in cui i creatori del primo computer mainframe non si rendevano conto che alla fine avrebbe portato alla nascita dello smartphone palmare tascabile, il computer quantico potrebbe essere il primo passo verso un percorso completamente nuovo.

Alcuni, come Microsoft Corporate VP di Quantum Todd Holmdahl, sono abbastanza ottimisti da dire che potrebbe essere più grande dell’attuale spinta verso l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico. Era solito dire ai suoi figli che dovevano fare ciò di cui erano appassionati, ma che potevano sempre trovare un lavoro nell’IA. Ora, lo direbbe sull’informatica quantistica.

“È un campo che sta per crescere, abbiamo bisogno di un numero di persone che lo sostenga e lo mantenga”, ha detto Holmdahl. “Questa sarà la cosa più grande della nostra generazione e questo sarà in grado di fare cose incredibili in futuro.”