I segnali di supremazia quantistica di Google indicano un enorme progresso nell’informatica

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Google sta avvicinando la civiltà all'informatica quantistica, uno sviluppo che cambierà l'informatica e molto probabilmente il mondo. Un computer quantistico sviluppato da Google, chiamato Sicomoro, ha risolto in pochi secondi un problema che richiederebbe un supercomputer "normale" di 10.000 anni.

L'era dell'informatica quantistica è alle porte? Google ha raggiunto la "supremazia quantistica?" E cosa significa per te l'informatica quantistica?

Che cos'è il calcolo quantistico?

L'informatica quantistica modifica fondamentalmente il modo in cui i computer elaborano i dati, usando la fisica quantistica.

Un normale processore basato su semiconduttori (come quello nel tuo laptop o smartphone) utilizza "bit" di informazioni. I bit esistono come 1 o 0, un po 'come un interruttore acceso o spento. I bit possono esistere solo come 1 o 0 sull'hardware tradizionale.

I computer quantistici usano bit quantici, noti come "qubit". Un qubit può esistere contemporaneamente sia come 1 che come 0. La capacità di un qubit di mantenere il suo stato come 1 e 0 è un principio centrale del calcolo quantistico ed è noto come sovrapposizione.

La sovrapposizione consente di eseguire più calcoli contemporaneamente. Ma per farlo, i qubit devono essere sincronizzati usando un effetto quantico noto come entanglement.

Sei ancora incerto? Ecco il calcolo quantistico spiegato in 60 secondi .

Che cos'è la supremazia quantistica?

Anche se sembra il nome di un film di James Bond pieno d'azione, la supremazia quantistica è molto più innovativa. La supremazia quantistica è il nome dato al momento in cui un computer quantistico completa un calcolo più velocemente di un computer classico.

Google afferma che il suo processore quantico Sicomoro ha raggiunto la supremazia quantistica per la prima volta. Il team di ricercatori, guidato da John Martinis, un fisico sperimentale dell'Università della California, ha impostato il processore quantico un compito di campionamento casuale. L'attività di campionamento produce un insieme di numeri con distribuzione veramente casuale.

"È probabile che il tempo di simulazione classica, attualmente stimato in 10.000 anni, sarà ridotto da hardware e algoritmi classici migliorati", ha dichiarato Brooks Foxen , uno studente ricercatore laureato nel laboratorio di Martinis. "Ma poiché attualmente siamo 1,5 trilioni di volte più veloci, ci sentiamo a nostro agio nel rivendicare questo risultato."

Google ha raggiunto la supremazia quantistica?

L'articolo che dettagliava gli esperimenti di supremazia quantistica trapelò sul sito web della NASA. Sebbene sia stato portato offline offline, ha attirato l'attenzione di molte persone grazie alle sue affermazioni audaci. Da allora il documento è stato pubblicato ufficialmente sulla rivista scientifica Nature.

Tuttavia, IBM non è convinta.

Giorni prima del rilascio formale del documento sulla supremazia quantistica di Google, IBM ha pubblicato un documento in cui affermava che gli stessi miglioramenti delle prestazioni possono funzionare anche sull'hardware classico, dato il tempo necessario per estendere un supercomputer. Quindi, mentre Google sostiene di aver raggiunto la supremazia quantistica, IBM sostiene che non lo ha fatto perché se, dato il tempo, potesse teoricamente estendere il suo supercomputer Summit presso Oak Ridge National Laboratories per completare lo stesso compito in "circa due giorni e mezzo “.

Le affermazioni di IBM non sono prive di fondamento, sebbene non abbiano fatto eco in tutta la comunità scientifica e informatica.

"Il documento di Google riporta un progresso sostanziale. Vediamo una fabbricazione meravigliosa, una diagnostica meravigliosa, una vera cura per tutti i dettagli che ne fanno un progresso ”, afferma Sir Peter Knight, presidente dell'Istituto di Fisica e membro del consiglio di amministrazione del Comitato consultivo strategico della tecnologia quantistica.

“Tuttavia, ci sono un certo numero di ipotesi nel documento. Come Google, IBM ha anche esaminato attentamente il modo in cui le simulazioni classiche supercomputer potrebbero essere fatte in modo diverso per verificare l'idea di "supremazia informatica". Fino a quando la comunità quantistica non ha avuto la possibilità di testare su strada i dati dell'esperimento utilizzando il chip Sycamore, fino a che punto Google ha raggiunto questo obiettivo, è ancora una domanda aperta. Ma la scienza avanza sfidando ipotesi e mi aspetterei di vedere di più. "

Fino a quando IBM non sarà in grado di dimostrare che il supercomputer Summit può completare lo stesso test in un lasso di tempo ragionevole, Google ha raggiunto la supremazia quantistica.

Cosa significa per te la supremazia quantistica?

A breve termine, la supremazia quantistica e l'informatica quantistica significano poco per i normali utenti di computer. Il calcolo quantistico è un processo iterativo. Lo sviluppo di Google è un passo avanti entusiasmante e intrigante. Ma proprio come il calcolo moderno ha richiesto tempo, così anche il calcolo quantistico.

La seconda cosa da considerare è che un computer quantistico richiede un fenomenale raffreddamento. Un computer quantistico richiede azoto liquido per funzionare. Non è possibile replicare la quantità di raffreddamento richiesta per portare il calcolo quantico su uno smartphone o un laptop. La tecnologia non esiste.

Per quanto riguarda il primo punto, è un obiettivo a lungo termine. I primi computer avevano le dimensioni di un'intera stanza e richiedevano un'intera squadra di scienziati per eseguire e programmare. Il calcolo quantistico è allo stesso stadio.

Altri hanno dubbi sul fatto che il calcolo quantistico sostituirà mai il calcolo classico basato su semiconduttori. La legge di Moore impone che il numero di transistor in un processore raddoppierà ogni due anni, aumentando la potenza di calcolo insieme ad esso. (Non impone che la potenza di elaborazione aumenterà, il che è un'idea sbagliata della legge.)

La previsione si è rivelata corretta per quattro decenni, anche se lo stesso Gordon Moore ritiene che i progressi raggiungeranno la saturazione "nel prossimo decennio o giù di lì".

Anche con l'eventuale e probabile rallentamento dei processori basati su semiconduttori, la potenza di elaborazione continuerà ad aumentare. Brian Krzanich, ex CEO
di Intel, ha confermato che il ridimensionamento del processore Intel è "più vicino ai due anni e mezzo rispetto ai due", ma che la società continuerà a perseguire progressi nella potenza del processore.

L'informatica quantistica è solo un'alternativa alla classica elaborazione a semiconduttore quando termina la Legge di Moore.

Qual è la legge di Neven?

La legge di Neven stabilisce la velocità con cui i processori quantistici stanno migliorando e prende il nome da Hartmut Neven, direttore del Quantum Artificial Intelligence Lab di Google.

La legge di Neven afferma che la potenza di elaborazione quantistica crescerà con un doppio tasso esponenziale, che è follemente veloce. Ad esempio, la potenza di elaborazione aumenta di un fattore 2 ^ 2 ^ 1 (4), quindi 2 ^ 2 ^ 2 (16), quindi 2 ^ 2 ^ 3 (256), quindi 2 ^ 2 ^ 4 (65.536) e presto. Utilizzando questo formato, puoi vedere come la velocità di elaborazione aumenterà rapidamente in modo massiccio.

La supremazia quantistica è qui

Lo sviluppo della supremazia quantistica di Google è rivoluzionario. Nonostante gli sforzi di IBM per minare lo sviluppo quantistico, Google sta portando avanti l'informatica quantistica. Se gli scienziati possono trovare difetti nelle affermazioni di Google, il processo e lo sviluppo diventeranno più forti.

Il calcolo quantistico è un'area difficile dell'informatica e della scienza che molti possono elaborare. Le idee sono uguali in parti astratte ed enormi, i risultati sono difficili da elaborare e hanno un impatto sconosciuto.

Detto questo, ci sono alcune aree che avranno un impatto sull'informatica quantistica che sono ben comprese. I computer quantistici potrebbero significare la fine della crittografia come la conosciamo. E questo è un impatto che colpisce tutti.

Credito di immagine: Erik Lucero / Google Quantum Supremacy

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