I computer degli ultimi decenni si sono sviluppati molto rapidamente. In effetti, nel ricordo di una generazione, passarono dal tubo ingombrante, occupando enormi stanze a tavolette in miniatura. La memoria e la velocità aumentarono rapidamente. Ma venne il momento in cui apparvero dei compiti che andavano oltre il potere dei computer moderni anche superpotenti.
Cos'è un computer quantico?
L'emergere di nuovi compiti che sfuggono al controllo dei computer comuni, è costretto a cercare nuove opportunità. E, in alternativa ai computer convenzionali, apparve il quantum. Un computer quantistico è una tecnica computerizzata, la base dell'azione, che si basa sugli elementi della meccanica quantistica. Le principali disposizioni della meccanica quantistica furono formulate all'inizio del secolo scorso. Il suo aspetto permetteva di risolvere molti problemi di fisica che non trovavano una soluzione nella fisica classica.
Sebbene la teoria dei quanti contenga già il secondo secolo, rimane comunque comprensibile solo a una ristretta cerchia di specialisti. Ma ci sono risultati reali della meccanica quantistica, a cui siamo già abituati: tecnologia laser, tomografia. E alla fine del secolo scorso la teoria della computazione quantistica fu sviluppata dal fisico sovietico Yu. Manin. Cinque anni dopo, David Deutsch ha svelato l'idea di una macchina quantistica.
Esiste un computer quantico?
Ma l'incarnazione delle idee non era così semplice. Periodicamente, ci sono rapporti che un altro computer quantistico è stato creato. Lo sviluppo di tale tecnologia informatica è svolto da giganti nel campo della tecnologia dell'informazione:
- D-Wave è una società del Canada, che è stata la prima a lanciare la produzione di computer quantistici operativi. Tuttavia, gli specialisti stanno discutendo se questi computer siano davvero dei computer quantistici e quali siano i vantaggi che offrono.
- IBM ha creato un computer quantico e l'ha aperto agli utenti di Internet per esperimenti con algoritmi quantistici. Entro il 2025 la società progetta di creare un modello in grado di risolvere problemi già pratici.
- Google - ha annunciato l'uscita quest'anno di un computer in grado di dimostrare la superiorità dei computer quantistici sui computer convenzionali.
- Nel maggio 2017, gli scienziati cinesi a Shanghai hanno dichiarato che il computer quantistico più potente del mondo è stato creato, superando gli analoghi nella frequenza di elaborazione del segnale di 24 volte.
- A luglio 2017, alla Conferenza di Mosca sulle tecnologie quantistiche, è stato annunciato che un computer quantistico a 51-qubit era stato creato.
Qual è la differenza tra un computer quantico e un computer ordinario?
La differenza fondamentale di un computer quantistico nell'approccio al processo di calcolo.
- In un processore convenzionale, tutti i calcoli sono basati su bit che esistono in due stati 1 o 0. Cioè, tutto il lavoro è ridotto all'analisi di un'enorme quantità di dati per la conformità con condizioni specificate. Il computer quantistico è basato su qubit (bit quantistici). La loro caratteristica è la capacità di essere nello stato 1, 0 e anche simultaneamente 1 e 0.
- Le capacità di un computer quantistico sono aumentate in modo significativo, dal momento che non è necessario cercare la risposta giusta all'interno del set. In questo caso, la risposta viene scelta tra le varianti già disponibili con una certa probabilità di corrispondenza.
A cosa serve un computer quantico?
Il principio di un computer quantistico, costruito sulla scelta di una soluzione con sufficiente probabilità e la capacità di trovare una tale soluzione molte volte più veloce dei moderni computer, determina lo scopo del suo uso. Prima di tutto, l'emergere di questo tipo di tecnologia informatica preoccupa i crittografi. Ciò è dovuto alla capacità di un computer quantistico di calcolare facilmente le password. Quindi, il computer quantistico più potente, creato da scienziati russo-americani, è in grado di ottenere le chiavi dei sistemi di crittografia esistenti.
Esistono anche compiti applicativi più utili per i computer quantistici, sono collegati al comportamento di particelle elementari, genetica, assistenza sanitaria, mercati finanziari, protezione delle reti da virus, intelligenza artificiale e molti altri che i computer comuni non possono risolvere.
Come è organizzato un computer quantico?
La costruzione di un computer quantistico si basa sull'uso di qubit. Come prestazioni fisiche dei qubit attualmente utilizzati:
- anelli di superconduttori con jumper, con corrente multidirezionale;
- atomi individuali, sotto l'influenza di raggi laser;
- ioni;
- fotoni;
- sono in fase di sviluppo varianti dell'uso di nanocristalli di semiconduttori.
Computer quantistico: il principio di funzionamento
Se c'è una certezza con un computer classico nel lavoro, allora la domanda su come funziona un computer quantistico è difficile da rispondere. La descrizione dell'operazione di un computer quantistico si basa su due frasi incomprensibili:
- il principio di sovrapposizione è una questione di qubit capace di essere simultaneamente nelle posizioni 1 e 0. Ciò consente di eseguire più calcoli simultaneamente, piuttosto che selezionare le opzioni, che dà un grande guadagno nel tempo;
- l'entanglement quantistico è un fenomeno notato da A. Einstein, che è l'interconnessione di due particelle. In parole semplici, se una delle particelle ha un'elicità positiva, allora la seconda assume istantaneamente un'elicità positiva. Questa relazione si verifica indipendentemente dalla distanza.
Chi ha inventato il computer quantistico?
Le basi della meccanica quantistica sono state esposte all'inizio del secolo scorso, come ipotesi. Il suo sviluppo è legato a fisici così brillanti come Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac. Nel 1980, Antonov propose l'idea della possibilità del calcolo quantico. E un anno dopo Richard Feyneman in teoria modellò il primo computer quantistico.
Ora la creazione di computer quantistici nella fase di sviluppo e persino difficile immaginare cosa può fare un computer quantico. Ma è assolutamente chiaro che padroneggiare questa direzione porterà molte nuove scoperte in tutti i campi della scienza, ci permetterà di guardare nel mondo micro e macro, per saperne di più sulla natura della mente, la genetica.