Quantum Computing: il futuro più veloce dell'informatica

I computer sono diventati una parte significativa della nostra vita negli ultimi anni; in qualsiasi settore, che si tratti dell'istruzione o di una dimostrazione di scienze spaziali, i computer sono impiegati ovunque ed è impossibile svolgere qualsiasi lavoro oggigiorno senza di essi. Quindi, da quando sono stati inventati i computer, le loro dimensioni si sono ridotte e la loro capacità è cresciuta. Ad esempio, potresti aver notato che il chip nel tuo smartphone, che era di 1 GB nel 2010, ora ha una dimensione di 1 terabyte. Di conseguenza, puoi vedere la velocità con cui la tecnologia si sta evolvendo.
Nonostante il fatto che i computer siano diventati più potenti nel tempo, i computer che usi oggi hanno ancora alcune restrizioni, come il consumo di energia. Questo apre le porte a nuovi modi di informatica da introdurre.

Cos'è l'informatica quantistica

Il calcolo quantistico è un tipo di calcolo che utilizza fenomeni quantistici come la sovrapposizione e l'entanglement per eseguire calcoli. Grazie alla sua capacità di interrogare, monitorare, analizzare e agire prontamente sui dati provenienti da qualsiasi fonte, questa fantastica tendenza tecnologica è anche coinvolta nell'evitare la diffusione del coronavirus e nello sviluppo di vaccini praticabili. Il settore bancario e finanziario è un altro settore in cui l'informatica quantistica viene utilizzata per controllare il rischio di credito, il trading ad alta frequenza e il rilevamento delle frodi.

Quantum Computer: un approccio diverso per 0 e 1

Nel tuo attuale laptop o computer "bit" viene utilizzato per il calcolo, in cui i dati vengono memorizzati sotto forma di zero e uno numeri binari o numeri binari utilizzando il linguaggio macchina (il linguaggio macchina è scritto in codice binario, che ha solo due cifre 0 e 1 perché il computer comprende solo il segnale binario cioè 0 e 1 e il circuito del computer cioè il circuito in codice binario perché il computer comprende solo il segnale binario cioè 0 e 1 e il circuito in codice binario perché lo riconosce e trasforma ad impulsi elettrici, con 0 che indica spento e 1 che indica acceso.
Qualsiasi software viene creato per il computer, quindi convertito in linguaggio macchina e quando il processore colora qualsiasi software, utilizza questo linguaggio macchina per eseguire tutti i processi.

Computer quantistico: la teoria di base del calcolo quantistico si basa su un atomo, l'idea prevede l'utilizzo di un atomo come micro calcolatore per decidere 0 (zero) se 1 (uno) s.

Qualsiasi atomo ruota naturalmente, secondo la fisica, e questa rotazione può essere sia verso l'alto che verso il basso, cioè verso l'alto e verso il basso. Se osserviamo la tecnologia digitale, tutto viene mantenuto nella forma di 0 e 1, cioè lo spin verso l'alto dell'atomo potrebbe essere 1 e lo spin verso il basso potrebbe essere 0, ma se viene rilevato lo spin atomico, sarà 0. Quindi può trovarsi contemporaneamente sia sul lato superiore che su quello inferiore, motivo per cui è chiamato Qubit perché non è lo stesso di un bit su un normale computer. I bit quantistici, noti anche come qubit, sono distinti dai bit in quanto le informazioni in bit possono assumere la forma di 0 o 1, mentre le informazioni in qubit possono assumere la forma di 0 o 1. Può essere in un valore 0 o 1.

Quindi un computer che coinvolge le basi quantistiche per calcolare e risolvere i nostri calcoli complicati diventa un computer quantistico.

Si dice che un computer quantistico da 40 cubi abbia una capacità di calcolo simile ai supercomputer di oggi e la capacità di calcolare i dati molto più velocemente dei supercomputer di oggi.

I nostri supercomputer ora non sono abbastanza super per i nostri ultimi problemi

Finora ci siamo affidati ai supercomputer per affrontare la maggior parte dei problemi. Si tratta di computer tradizionali estremamente potenti con migliaia di core CPU e GPU. I supercomputer, d'altra parte, non sono molto abili nell'affrontare certi tipi di problemi che a prima vista sembrano semplici. Questo è il motivo per cui sono necessari i computer quantistici.
per esempio : considera il seguente scenario: devi far sedere dieci persone schizzinose a una cena, e c'è solo una perfetta disposizione dei posti a sedere tra tutte le combinazioni possibili. Quante combinazioni diverse dovresti provare prima di accontentarti del migliore?
Usando la formula fattoriale N si ottengono 3.628.800 ovvero 3 milioni di combinazioni per sole 10 persone.
Quindi, se induciamo una versione più ampia di questo tipo di problemi, è necessaria una soluzione più affidabile ed economica.

Inoltre, i supercomputer non hanno la memoria di lavoro per gestire le numerose combinazioni di situazioni del mondo reale, versioni più grandi di questo tipo di problemi confondono anche i nostri supercomputer più potenti.
Ogni combinazione deve essere analizzata una ad una dai supercomputer, operazione che potrebbe richiedere molto tempo.

I computer quantistici sono più veloci

I computer quantistici possono rappresentare questi enormi problemi in enormi spazi multidimensionali creati dai computer quantistici. Questo è qualcosa di cui i supercomputer tradizionali non sono capaci.

Gli algoritmi di interferenza delle onde quantiche vengono quindi utilizzati per individuare le soluzioni in questo regno e tradurle in forme utilizzabili e comprensibili

La ricerca di Grover è un promettente algoritmo quantistico che impiega questi principi. Supponiamo di dover individuare un elemento da un elenco di N. Su un computer tradizionale, dovresti controllare in media N/2 elementi e, nel peggiore dei casi, dovresti controllare tutti gli N.
Su un computer quantistico, la ricerca di Grover avrebbe trovato l'oggetto dopo aver controllato all'incirca N di essi. Ciò offre un miglioramento significativo della velocità di elaborazione e un risparmio di tempo. Ad esempio, supponiamo di dover individuare un elemento da un elenco di un trilione e che ogni elemento abbia impiegato un microsecondo per controllare:
In questo modo, un computer tradizionale impiegherà circa una settimana.
Ci vorrà circa 1 secondo prima che un computer quantistico lo completi.
Quindi sono ottimi per i problemi di ottimizzazione.

I computer quantistici altereranno il panorama della sicurezza dei dati. Nonostante il fatto che i computer quantistici saranno in grado di decifrare molti degli schemi di crittografia odierni, si prevede che svilupperanno alternative a prova di hacker.

Il computer quantistico di Google "Sycamore" ha completato un calcolo in meno di quattro minuti (200 secondi) che avrebbe richiesto 10.000 anni sul computer più potente del mondo. È l'inizio del primo computer quantistico al mondo completamente funzionante, che sarà in grado di produrre farmaci migliori, sviluppare un'intelligenza artificiale più intelligente e risolvere i misteri cosmici.

La misura è importante

I computer quantistici hanno il potenziale per essere enormi in termini di capacità di calcolo. In realtà, hanno attualmente le dimensioni di un frigorifero residenziale, con una scatola di controllo delle dimensioni di un armadio.

I bit quantistici, o qubit (CUE-bit), vengono utilizzati nello stesso modo in cui i bit vengono utilizzati in un computer convenzionale per memorizzare informazioni in forma quantistica.

Implementazione di combinazioni Advanced Techs

Superfluidi: I superfluidi sono stati usati per raffreddare i superconduttori. Raffreddiamo questi superconduttori a un centesimo di grado Celsius sopra lo zero assoluto, che è la temperatura teoricamente più bassa consentita dalla fisica.

Superconduttori : quando gli elettroni passano attraverso i superconduttori, formano coppie di Cooper, che attraversano un tunnel quantistico noto come giunzione Josephson.

Controllo: un qubit superconduttore. Possiamo regolare il comportamento del qubit e far sì che conservi, modifichi e legga le informazioni sparandogli contro dei fotoni.

Sovrapposizione: un qubit non è particolarmente utile da solo. Possiamo, tuttavia, generare grandi spazi computazionali creando molti e collegandoli in uno stato noto come sovrapposizione. Usiamo quindi porte programmabili per esprimere problemi complessi in quest'area.

Entanglement : l'entanglement quantistico consente ai qubit di rimanere completamente accoppiati nonostante il loro comportamento casuale. Specifici problemi complessi possono essere affrontati in modo più efficiente e rapido utilizzando algoritmi quantistici che sfruttano l'entanglement quantistico.