Viviamo in un'era tecnologica, eppure c'è ancora molto da fare. Negli ultimi anni, grandi aziende hanno compiuto piccoli ma significativi passi avanti nell'informatica quantistica, che sembra pronta a trasformare il mondo così come lo conosciamo. Gli usi potenziali elencati di seguito avranno un impatto su tutto, dalla mobilità all'assistenza sanitaria. Proprio come negli anni '1950 le persone potevano vedere alcune delle applicazioni odierne per i computer classici e le relative tecnologie, potremmo essere sorpresi dalle applicazioni che emergono per i computer quantistici. In questo blog, imparerai tutto sull'informatica quantistica e su come funziona, e le migliori azioni che puoi acquistare, inclusi Google o IBM.
Cos'è l'informatica quantistica?
L'informatica quantistica è un'area multidisciplinare che combina informatica, fisica e matematica per affrontare problemi complicati più rapidamente rispetto ai computer tradizionali. Il calcolo quantistico comprende sia la ricerca sull'hardware che lo sviluppo di applicazioni. Utilizzando effetti quantomeccanici come la sovrapposizione e l'interferenza quantistica, i computer quantistici sono in grado di risolvere alcuni tipi di problemi più rapidamente rispetto ai computer convenzionali. L'apprendimento automatico (ML), l'ottimizzazione e la simulazione di sistemi fisici sono alcune applicazioni in cui i computer quantistici possono fornire tale miglioramento della velocità. L'ottimizzazione del portafoglio in ambito finanziario o la simulazione di sistemi chimici potrebbero essere casi d'uso futuri, risolvendo problemi attualmente irraggiungibili anche per i supercomputer più potenti sul mercato.
Come funziona il calcolo quantistico?
Qual è la risposta alla domanda su come funziona il calcolo quantistico? Facciamo un esame approfondito. Ci sono alcune somiglianze tra computer quantistici e convenzionali. Entrambi i tipi di computer, ad esempio, spesso includono chip, circuiti e porte logiche. Le loro attività sono guidate da algoritmi (fondamentalmente istruzioni sequenziali) e codificano le informazioni utilizzando un codice binario di uno e zero.
Gli elementi fisici vengono utilizzati da entrambi i tipi di computer per codificare quelli e gli zeri. Questi dispositivi rappresentano i bit (cifre binarie) in due stati nei computer classici, ad esempio una corrente è accesa o spenta e un magnete punta verso l'alto o verso il basso. I computer quantistici fanno uso di bit quantistici, o qubit, che elaborano i dati in modi radicalmente distinti. Mentre i bit classici possono rappresentare solo uno o zero, un qubit può trovarsi in una sovrapposizione di uno e zero fino a quando non viene misurato il suo stato.
Inoltre, gli stati di diversi qubit possono essere entangled, il che significa che sono quantisticamente collegati l'uno all'altro. La sovrapposizione e l'entanglement forniscono ai computer quantistici funzionalità non disponibili nell'informatica tradizionale. I qubit possono essere creati manipolando atomi, atomi elettricamente carichi noti come ioni o elettroni, o mediante la nanoingegneria dei cosiddetti atomi artificiali, come i circuiti qubit superconduttori, utilizzando una tecnica di stampa nota come litografia.
Quali sono i principi del calcolo quantistico?
Un computer quantistico funziona sulla base di principi quantistici. Sovrapposizione, entanglement e decoerenza sono solo alcune delle parole che devono essere padroneggiate per comprendere completamente i principi quantistici. Diamo un'occhiata a questi principi in modo più dettagliato di seguito.
#1. Sovrapposizione
La sovrapposizione afferma che, analogamente alle onde nella fisica classica, è possibile combinare due o più stati quantistici per produrre un altro stato quantico valido. Ogni stato quantistico può alternativamente essere rappresentato come una somma di due o più stati unici diversi. Questa sovrapposizione di qubit conferisce ai computer quantistici il loro intrinseco parallelismo, consentendo loro di condurre milioni di operazioni contemporaneamente.
#2. Intreccio
L'entanglement quantistico si verifica quando due sistemi sono così strettamente collegati che la conoscenza di uno fornisce una conoscenza immediata dell'altro, indipendentemente da quanto siano distanti. I processori quantistici possono dedurre informazioni su una particella misurandone un'altra. Possono, ad esempio, decidere che se un qubit si avvia, l'altro girerà sempre verso il basso e viceversa. A causa dell'entanglement quantistico, i problemi difficili possono essere risolti più rapidamente dai computer quantistici.
Quando misuri uno stato quantico, la funzione d'onda collassa e ottieni uno zero o uno. Il qubit funziona come un bit classico in questa condizione nota o prevedibile. L'entanglement si riferisce alla capacità dei qubit di associare i propri stati a quelli di altri qubit.
#3. Decoerenza
La decoerenza è la perdita dello stato quantico di un qubit. Le influenze ambientali, come le radiazioni, possono causare il collasso degli stati quantistici dei qubit. Progettare i numerosi elementi che cercano di ritardare la decoerenza dello stato, come lo sviluppo di strutture speciali che proteggano i qubit dai campi esterni, è una notevole difficoltà ingegneristica nella costruzione di un computer quantistico.
Quali sono i componenti di un computer quantistico?
I computer quantistici, come i computer tradizionali, hanno hardware e software.
#1. Hardware quantico
Tre componenti costituiscono l'hardware quantistico.
- Piano dati quantistico: Il piano dei dati quantistici è il nucleo del computer quantistico e contiene i qubit fisici e le strutture necessarie per mantenerli in posizione.
- Piano di controllo e misura: I segnali digitali vengono convertiti in segnali di controllo analogici o d'onda dal piano di controllo e misurazione. Le operazioni sui qubit nel piano dei dati quantistici vengono eseguite da questi segnali analogici.
- Piano del processore di controllo e processore host: L'algoritmo quantistico o serie di operazioni è implementato dal piano del processore di controllo. Il processore host comunica con il software quantistico e invia un segnale digitale o una serie di bit classici ai piani di controllo e misurazione.
#2. Software quantistico
Il software quantistico utilizza circuiti quantistici per implementare algoritmi quantistici unici. Un circuito quantistico è una routine di calcolo che definisce un insieme di operazioni quantistiche logiche da eseguire sui qubit sottostanti. Gli algoritmi quantistici possono essere codificati utilizzando una varietà di strumenti e framework di sviluppo software.
In che modo le aziende utilizzano il Quantum Computing?
L'informatica quantistica ha il potenziale per trasformare le aziende. Di seguito sono riportati alcuni esempi di casi d'uso:
#1. M.L
L'apprendimento automatico (ML) è il processo di studio di enormi quantità di dati per aiutare i computer a fare previsioni e giudizi migliori. La ricerca sull'informatica quantistica indaga i confini fisici dell'elaborazione delle informazioni e sta aprendo nuove strade nella fisica fondamentale. Molte discipline della scienza e dell'industria traggono vantaggio da questo studio, tra cui chimica, ottimizzazione e modellazione molecolare. Sta inoltre diventando sempre più utilizzato nei servizi finanziari per prevedere i movimenti del mercato e nella produzione per ottimizzare i processi.
#2. Ottimizzazione
Il calcolo quantistico ha il potenziale per migliorare la ricerca e lo sviluppo, l'ottimizzazione della catena di approvvigionamento e la produzione. Ad esempio, ottimizzando elementi come la pianificazione del percorso in processi complicati, è possibile utilizzare il calcolo quantistico per ridurre i costi relativi al processo di produzione e ridurre i tempi di ciclo. Un'altra applicazione è l'ottimizzazione quantistica del portafoglio prestiti, che consente agli istituti di credito di liberare liquidità, ridurre i tassi di interesse e migliorare i propri servizi.
#3. Simulazione
Lo sforzo computazionale necessario per imitare accuratamente i sistemi cresce in modo esponenziale con la complessità dei composti e dei materiali medicinali. Anche utilizzando approcci di approssimazione, i supercomputer contemporanei non sono in grado di raggiungere il livello di accuratezza richiesto da queste simulazioni. Il calcolo quantistico ha il potenziale per risolvere alcuni dei problemi computazionali più difficili in chimica, consentendo agli scienziati di eseguire simulazioni chimiche attualmente intrattabili. Pasqal, ad esempio, ha creato il proprio software computazionale QUBEC per eseguire simulazioni chimiche. QUBEC automatizza il lavoro pesante necessario per eseguire attività di calcolo quantistico, come il provisioning autonomo delle risorse di calcolo, i calcoli classici di pre e post-elaborazione e la mitigazione degli errori.
Limitazioni dell'informatica quantistica
L'informatica quantistica ha un'immensa promessa per lo sviluppo e la risoluzione dei problemi in un'ampia gamma di settori. Tuttavia, attualmente ha dei limiti.
- La più piccola interruzione nell'ambiente qubit può produrre decoerenza o decadimento.
- Ciò causa il collasso dei calcoli o il verificarsi di errori. Come affermato in precedenza, un computer quantistico deve essere protetto da tutte le interferenze esterne durante il calcolo.
- La riparazione degli errori durante la fase di calcolo non è stata perfezionata. Di conseguenza, i calcoli potrebbero essere inaffidabili. Poiché i qubit non sono bit di dati digitali, non possono beneficiare delle tradizionali procedure di correzione degli errori utilizzate dai computer tradizionali.
- Il danneggiamento dei dati può verificarsi durante il recupero dei risultati computazionali. Sviluppi come uno specifico algoritmo di ricerca nel database che assicura l'atto della misurazione fanno sì che lo stato quantico decoeri nella risposta corretta.
La sicurezza e la crittografia quantistica sono ancora nelle loro fasi iniziali. - Una scarsità di qubit impedisce ai computer quantistici di realizzare il loro pieno potenziale. Più di 128 devono ancora essere prodotti dai ricercatori.
Le azioni di Quantum Computing da tenere d'occhio per il 2023
Tratteremo i titoli di computer quantistici su cui investire, nonché i "migliori" titoli di computer quantistici da acquistare, in questa sezione. Sono i seguenti:
#1. Stock di calcolo quantistico di Google
Semplicemente non possiamo, non importa quanto ci sforziamo, chiamare Google (GOOG) Alphabet. La recente notizia importante dal titolo di calcolo quantistico di Google è stata la sua affermazione di aver creato un cristallo quantico. Nonostante i nostri migliori sforzi, non siamo riusciti a trovare un singolo articolo che descrivesse adeguatamente questa impresa. Google sta investendo miliardi di dollari per completare il suo computer quantistico entro il 2029. Per aiutarlo a raggiungere questo obiettivo, la società ha istituito il campus AI di Google in California. Una volta stabilito, lo stock di calcolo quantistico di Google potrebbe lanciare un servizio di calcolo quantistico basato su cloud. Quindi tieni d'occhio questo spazio.
#2. Azioni Honeywell Quantum Computing
Honeywell (HON) ha lavorato a stretto contatto con una società privata, Cambridge Quantum Computing, e ha appena annunciato la nascita di una nuova società. Inoltre, Honeywell Quantum Solutions (HQS) e Cambridge Quantum (CQ) si fonderanno per formare una nuova società (anonima) in cui Honeywell investirà da 270 a 300 milioni di dollari. Honeywell sarà il maggiore azionista della nuova società, con gli azionisti di CQ che detengono oltre il 45%.
#3. Titolo IBM Quantum Computing
IBM Quantum Computing Stock (IBM) si sta ancora riprendendo da una grave sbornia per l'eccessiva Rometty Kool-Aid, ma il loro nuovo CEO ha il calcolo quantistico nel suo radar. Inoltre, IBM Quantum Computing Stock mira ad aiutare le aziende e la società a raccogliere i vantaggi del calcolo quantistico e ha fissato l'obiettivo di costruire oltre 1,000 processori qubit entro il 2023.
#4. Stock di calcolo quantistico Microsoft
Il titolo Microsoft (MSFT) è un colosso tecnologico da 2 trilioni di dollari che si diletta in una varietà di campi, incluso il calcolo quantistico. La piattaforma Azure Quantum di Microsoft offre alle aziende l'accesso alla tecnologia quantistica.
#5. Altri
Società di servizi finanziari come JPMorgan Chase e Visa sono interessate all'informatica quantistica e alla relativa tecnologia.
Computer quantistico contro computer classico
Rispetto ai computer convenzionali, i computer quantistici hanno una struttura più fondamentale. Mancano di memoria e di un processore. Un computer quantistico non è altro che una raccolta di qubit superconduttori. Le informazioni vengono elaborate in modo diverso dai computer quantistici e convenzionali.
I qubit sono usati nei computer quantistici per condurre algoritmi quantistici multidimensionali. Man mano che vengono aggiunti qubit, la loro capacità di elaborazione cresce in modo esponenziale. Un processore tradizionale utilizza i bit per eseguire più programmi. Man mano che vengono aggiunti ulteriori bit, la loro potenza aumenta linearmente. I computer tradizionali hanno una potenza di calcolo significativamente inferiore. I computer classici sono ideali per il lavoro ordinario poiché sono privi di errori. I computer quantistici sono più adatti per attività di livello superiore.
I computer classici non richiedono alcuna manutenzione particolare. Per evitare il surriscaldamento, possono utilizzare una semplice ventola interna. I processori quantistici devono essere isolati anche dalle più piccole vibrazioni e mantenuti estremamente freddi.
Come puoi iniziare con il Quantum Computing?
Se vuoi sperimentare il calcolo quantistico, puoi iniziare con un emulatore hardware quantistico sul tuo sistema locale. Gli emulatori sono pezzi di software che simulano fenomeni quantistici su un computer convenzionale. Inoltre, sono prevedibili e consentono l'osservazione di stati quantistici. Possono essere utilizzati per testare algoritmi prima di investire in tempo hardware quantistico. Non possono, tuttavia, riprodurre il vero comportamento quantistico.
Cosa fa effettivamente il calcolo quantistico?
Il calcolo quantistico utilizza la teoria quantistica per risolvere problemi matematici ed eseguire modelli quantistici. Viene utilizzato per modellare sistemi quantistici come fotosintesi, superconduttività e formazioni molecolari complesse.
I computer quantistici esistono adesso?
Questi gadget super potenti sono una tecnologia imminente molto dibattuta che sfrutta le caratteristiche della fisica quantistica. Nel novembre dello scorso anno, IBM ha annunciato Osprey, un nuovo processore da 433 qubit tre volte più potente del suo predecessore, costruito solo nel 2021.
Quanto è realistico il calcolo quantistico?
L'informatica quantistica è reale, certo, ma potrebbe non essere tutto ciò che sembra essere. Ci sono ancora molti limiti, ma con l'emergere di nuove tecnologie per migliorare l'informatica quantistica, crescono anche le sue applicazioni in tutti i settori.
Quali problemi può risolvere un computer quantistico?
Problemi complessi che attualmente richiedono molti anni per essere risolti sul supercomputer più potente potrebbero potenzialmente essere risolti in pochi secondi. I futuri computer quantistici potrebbero sbloccare orizzonti precedentemente inimmaginabili in matematica e scienze, aiutando nella risoluzione di preoccupazioni esistenziali come il cambiamento climatico e la sicurezza alimentare.
Quanto siamo lontani dall'informatica quantistica?
In una forma limitata, il calcolo quantistico è già disponibile. Tuttavia, è possibile che entrerà nel mainstream nei prossimi cinque-dieci anni, in modo simile a come i computer tradizionali si sono diffusi dai laboratori e dalle grandi aziende alle aziende di tutte le dimensioni, così come nelle case, negli anni '1970 e '1980.
Conclusione
Il calcolo quantistico non è la stessa cosa del calcolo tradizionale. Impiega qubit, che possono essere sia 1 che 0. I bit nei computer tradizionali possono essere solo 1 o 0. Di conseguenza, il calcolo quantistico è diventato significativamente più veloce e potente. Si prevede che sarà utilizzato per affrontare una vasta gamma di compiti estremamente complessi e preziosi. Sebbene al momento abbia dei limiti, è destinato a essere utilizzato da molte aziende potenti in un'ampia gamma di settori.
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Riferimenti
