La informàtica quàntica utilitza la mecànica quàntica per processar enormes quantitats d'informació a una velocitat increïblement alta. Un ordinador quàntic triga uns quants minuts a diverses hores a resoldre un problema que un ordinador d'escriptori trigaria anys o dècades a resoldre.
La informàtica quàntica està preparant l'escenari per a una nova generació de superordinadors. S'espera que aquests ordinadors quàntics superin la tecnologia existent en àrees com ara el modelatge, la logística, l'anàlisi de tendències, la criptografia i la intel·ligència artificial.
Computació quàntica explicada
La idea de la computació quàntica va ser imaginada per primera vegada a principis dels anys vuitanta per Richard Feynman i Yuri Manin. Feynman i Manin creien que un ordinador quàntic podria simular dades d'una manera que un ordinador d'escriptori no podria. No va ser fins a finals de la dècada de 1990 que els investigadors van construir els primers ordinadors quàntics.
La computació quàntica utilitza la mecànica quàntica, com ara la superposició i l'entrellat, per realitzar càlculs. La mecànica quàntica és una branca de la física que estudia coses extremadament petites, aïllades o fredes.
La unitat de processament principal de la informàtica quàntica són els bits quàntics o qubits. Els qubits es creen a l'ordinador quàntic utilitzant les propietats mecàniques quàntiques d'àtoms individuals, partícules subatòmiques o circuits elèctrics superconductors.
Els Qubits són similars als bits que utilitzen els ordinadors d'escriptori, ja que els qubits poden estar en estat quàntic 1 o 0. Els qubits es diferencien perquè també poden estar en una superposició dels estats 1 i 0, el que significa que els qubits poden representar 1 i 0 alhora.
Quan els qubits estan en superposició, se sumen dos estats quàntics i donen lloc a un altre estat quàntic. La superposició significa que es processen múltiples càlculs simultàniament. Per tant, dos qubits poden representar quatre nombres simultàniament. Els ordinadors normals processen els bits només en un dels dos estats possibles, 1 o 0, i els càlculs es processen d'un en un.
Els ordinadors quàntics també utilitzen l'entrellat per processar qubits. Quan un qubit s'entrellaça, l'estat d'aquest qubit depèn de l'estat d'un altre qubit de manera que un qubit revela l'estat del seu parell no observat.
El processador quàntic és el nucli de l'ordinador
Crear qubits és una tasca difícil. Es necessita un entorn congelat per mantenir un qubit durant qualsevol període de temps. Els materials superconductors necessaris per crear un qubit s'han de refredar a zero absolut (uns menys 272 Celsius). Els qubits també s'han de protegir del soroll de fons per reduir els errors en el càlcul.
L'interior d'un ordinador quàntic sembla un canelobre d'or elegant. I, sí, està fet amb or real. És una nevera de dilució que refreda els xips quàntics perquè l'ordinador pugui crear superposicions i enredar qubits sense perdre cap informació.
L'ordinador quàntic fa aquests qubits a partir de qualsevol material que mostri propietats mecàniques quàntiques que es puguin controlar. Els projectes de computació quàntica creen qubits de diferents maneres, com ara filferro superconductor en bucle, electrons giratoris i atrapament d'ions o polsos de fotons. Aquests qubits només existeixen a les temperatures inferiors a la congelació creades a la nevera de dilució.
El llenguatge de programació de la informàtica quàntica
Els algorismes quàntics analitzen les dades i ofereixen simulacions basades en les dades. Aquests algorismes estan escrits en un llenguatge de programació centrat en la quàntica. Investigadors i empreses tecnològiques han desenvolupat diversos llenguatges quàntics.
Aquests són alguns dels llenguatges de programació de computació quàntica:
- QISKit: el Quantum Information Software Kit d'IBM és una biblioteca de pila completa per escriure, simular i executar programes quàntics.
- Q: el llenguatge de programació inclòs al Microsoft Quantum Development Kit. El kit de desenvolupament inclou un simulador quàntic i biblioteques d'algoritmes.
- Cirq: un llenguatge quàntic desenvolupat per Google que utilitza una biblioteca Python per escriure circuits i executar aquests circuits en ordinadors i simuladors quàntics.
- Forest: un entorn de desenvolupador creat per Rigetti Computing que escriu i executa programes quàntics.
Usos per a la informàtica quàntica
Els ordinadors quàntics reals han estat disponibles en els últims anys i només unes poques grans empreses tecnològiques tenen un ordinador quàntic. Algunes d'aquestes empreses tecnològiques inclouen Google, IBM, Intel i Microsoft. Aquests líders tecnològics estan treballant amb fabricants, empreses de serveis financers i empreses de biotecnologia per resoldre una varietat de problemes.
La disponibilitat de serveis informàtics quàntics i l'avenç de la potència informàtica ofereix als investigadors i científics noves eines per trobar solucions a problemes que abans eren impossibles de resoldre. La informàtica quàntica ha reduït la quantitat de temps i recursos necessaris per analitzar quantitats increïbles de dades, crear simulacions sobre aquestes dades, desenvolupar solucions i crear noves tecnologies que solucionin problemes.
Les empreses i la indústria utilitzen la informàtica quàntica per explorar noves maneres de fer negocis. Aquests són alguns dels projectes d'informàtica quàntica que poden beneficiar les empreses i la societat:
- La indústria aeroespacial utilitza la informàtica quàntica per investigar millors maneres de gestionar el trànsit aeri.
- Les empreses financeres i d'inversió esperen utilitzar la informàtica quàntica per analitzar el risc i el rendiment de les inversions financeres, optimitzar les estratègies de cartera i resoldre les transicions financeres.
- Els fabricants estan adoptant la informàtica quàntica per millorar les seves cadenes de subministrament, crear eficiències en els seus processos de fabricació i desenvolupar nous productes.
- Les empreses de biotecnologia estan explorant maneres d'accelerar el descobriment de nous fàrmacs.
Troba un ordinador quàntic i experimenta amb la informàtica quàntica
Alguns informàtics desenvolupen mètodes per simular la informàtica quàntica en un ordinador d'escriptori.
Moltes de les empreses tecnològiques més grans del món ofereixen serveis quàntics. Quan es combinen amb ordinadors i sistemes d'escriptori, aquests serveis quàntics creen un entorn on el processament quàntic, amb ordinadors d'escriptori, resol problemes complexos.
- IBM ofereix l'entorn IBM Q amb accés a diversos ordinadors quàntics reals i simulacions que podeu utilitzar al núvol.
- Alibaba Cloud ofereix una plataforma de núvol de computació quàntica on podeu executar i provar codis quàntics personalitzats.
- Microsoft ofereix un kit de desenvolupament quàntic que inclou el llenguatge de programació Q, simuladors quàntics i biblioteques de desenvolupament de codi llest per utilitzar.
- Rigetti té una plataforma de núvol quàntica que es troba actualment en versió beta. La seva plataforma està preconfigurada amb el seu SDK Forest.
Notícies de la informàtica quàntica en el futur
El somni és que els ordinadors quàntics resolguin problemes actualment massa grans i massa complexos per resoldre amb maquinari estàndard, especialment per a la modelització ambiental i la contenció de mal alties.
Els ordinadors d'escriptori no tenen espai per executar aquests càlculs complexos i realitzar aquesta increïble quantitat d'anàlisi de dades. La informàtica quàntica pren les col·leccions de grans dades més grans i processa aquesta informació en una fracció del temps que trigaria en un ordinador d'escriptori. Les dades que trigarien uns quants anys a processar i analitzar a un ordinador d'escriptori triguen uns quants dies a un ordinador quàntic.
La informàtica quàntica encara està en els seus inicis, però té el potencial de resoldre els problemes més complexos del món a la velocitat de la llum. Qualsevol pot endevinar fins a quin punt creixerà la informàtica quàntica i la disponibilitat d'ordinadors quàntics.
