Ritorno al futuro: rivisitazione del calcolo quantistico 25 anni dopo

Più di 25 anni fa, intorno al 1999, scrissi un articolo sul futuro dell'informatica quantistica, che fu pubblicato nella sezione scientifica di un quotidiano cartaceo in Argentina.

È possibile accedere all'articolo originale qui (in spagnolo) e visualizzarne la traduzione automatica seguendo questo link .

All'epoca il mio articolo era piuttosto speculativo.

L'informatica quantistica ha acquisito notevole rilevanza e rilevanza nei dibattiti tecnologici odierni.

TL;DR: Spiegherò l'informatica quantistica in cinque livelli, a seconda del pubblico.

Bambino

Un computer quantistico è come una scatola magica super intelligente.

Invece di usare bit normali come i normali computer , usa speciali bit magici chiamati qubit .

Questi qubit possono svolgere più funzioni rispetto ai bit normali.

Immagina di giocare con una trottola. Un qubit è come una trottola che può fare molti trucchi tutti contemporaneamente.

Questi computer magici potrebbero un giorno aiutarci a risolvere puzzle impossibili da 100.000 pezzi.

Adolescente

Immagina di poter giocare con speciali mattoncini da costruzione utilizzati in più posti contemporaneamente.

I computer quantistici utilizzano qualcosa di simile chiamato qubit.

Immagina una moneta magica che può dare testa e croce contemporaneamente!

Un qubit può essere 0, 1 o entrambi, come la moneta che gira nell'aria. Tutto in una volta.

Ciò consente ai computer quantistici di esplorare numerose possibilità simultaneamente.

I computer quantistici sono potenti perché possono decifrare codici segreti come le password personali.

È come avere una calcolatrice super potente, in grado di risolvere enigmi davvero difficili molto più velocemente dei normali computer.

Studente universitario

Un computer quantistico funziona utilizzando i principi della meccanica quantistica ).

Al posto dei bit classici si utilizzano i qubit, che esistono in uno stato di sovrapposizione quantistica .

Ogni qubit può rappresentare simultaneamente sia 0 che 1, consentendo un calcolo parallelo su larga scala.

Si pensi al gatto di Schrödinger, un famoso esperimento mentale in cui un gatto può essere vivo e morto allo stesso tempo.

I qubit funzionano in modo simile, trovandosi in più stati contemporaneamente.

I computer quantistici possono fattorizzare numeri grandi in modo esponenziale più velocemente dei computer classici, violando le chiavi pubbliche e private nelle connessioni Internet crittografate.

Questa capacità minaccia la crittografia tradizionale e le blockchain che si basano sulla fattorizzazione della difficoltà.

I ricercatori esplorano anche le implicazioni dell'informatica quantistica nelle teorie del multiverso, poiché i qubit apparentemente elaborano dati in molteplici realtà.

Di recente, Google ha affermato che un computer quantistico ha raggiunto la “supremazia quantistica” , risolvendo un problema che i computer classici non erano in grado di gestire in tempi ragionevoli.

Uno studio pubblicato su Nature ha inoltre evidenziato nuovi materiali quantistici per stabilizzare i qubit.

La cosa strana è che queste particelle potrebbero suggerire che esistano molte realtà diverse allo stesso tempo, come gli universi paralleli dei film di fantascienza!

Studente laureato

L'informatica quantistica sfrutta fenomeni quantistici quali sovrapposizione, entanglement e interferenza.

Mentre i bit classici sono binari, i qubit utilizzano la sovrapposizione quantistica per rappresentare più stati contemporaneamente.

L'entanglement quantistico garantisce che i qubit rimangano interconnessi, anche a distanza, consentendo algoritmi altamente efficienti.

È possibile utilizzare le porte quantistiche per manipolare i qubit, il che consente di creare circuiti quantistici per eseguire algoritmi quantistici.

L'algoritmo di Shor consente la fattorizzazione in tempo polinomiale degli interi, minacciando direttamente la crittografia RSA e risolvendo il problema P vs NP .

Allo stesso modo, l'algoritmo di Grover fornisce accelerazioni quadratiche per i problemi di ricerca non strutturati.

Questi progressi sollevano preoccupazioni circa la protezione dei sistemi digitali dalle minacce quantistiche.

Le speculazioni sul multiverso nascono dal fatto che i qubit in sovrapposizione potrebbero interagire con altre realtà, come postulato nell'interpretazione dei molti mondi di Hugh Everett.

Nel frattempo, l' interpretazione di Copenaghen suggerisce che il comportamento quantistico si riduce a un singolo risultato quando lo si misura.

La ricerca di Google ha dimostrato la supremazia quantistica (in seguito denominata vantaggio quantistico) risolvendo in pochi secondi un compito computazionale che ai supercomputer classici avrebbe richiesto migliaia di anni.

Esperto

L'informatica quantistica sfrutta i principi di sovrapposizione quantistica, entanglement ed evoluzione unitaria per elaborare le informazioni.

I qubit trascendono le porte logiche classiche codificando le informazioni in uno spazio di Hilbert multidimensionale, consentendo uno spazio di stato esponenziale.

Algoritmi come quello di Shor scompongono gli interi semiprimi in tempo polinomiale, indebolendo i sistemi crittografici come RSA ed ECC.

L'algoritmo di Grover dimostra l'ottimizzazione quadratica per le attività di ricerca, rappresentando una classe fondamentale di vantaggio quantistico.

Le interpretazioni della meccanica quantistica su cui si basano questi sistemi differiscono: l'interpretazione di Copenaghen postula il collasso della funzione d'onda durante la misurazione.

L' interpretazione dei molti mondi suggerisce che i risultati computazionali abbracciano universi paralleli finché l'osservazione non li riduce a uno solo.

Ciò alimenta i dibattiti sul parallelismo quantistico tra stati multiversali.

La dimostrazione della supremazia quantistica di Google ha sfruttato un processore Sycamore da 54 qubit per risolvere un problema di campionamento in 200 secondi, cosa che in precedenza si stimava avrebbe richiesto 10.000 anni sui supercomputer più potenti del mondo.

La scala di Planck (10^-35 m) suggerisce una granulosità fondamentale dello spaziotempo, che potrebbe limitare potenzialmente la potenza di calcolo quantistica.

Gli articoli pubblicati sulla rivista Nature sottolineano i progressi nella stabilizzazione dei qubit attraverso la correzione degli errori quantistici topologici e progetti tolleranti ai guasti, essenziali per il calcolo quantistico pratico.

Ti entusiasma il futuro quantistico?