O que há de novo em computação quântica?

O que você aprenderá:

Os computadores quânticos oferecem vantagens competitivas tentadoras para as empresas que dominam seu uso.Governos, instituições acadêmicas e empresas privadas estão investindo em um futuro quântico.

Como lembrete, os computadores quânticos funcionam com qubits - bits -quadros - similares para transistores ou bits clássicos.Esses qubits são operados por portões quânticos, assim como os portões lógicos em computadores clássicos.O número de qubits em um computador quântico é uma boa primeira aproximação ao poder do computador.A fidelidade, ou taxa de erro, dos portões também é um parâmetro importante.

Vários fornecedores estão trabalhando de várias maneiras - geralmente chamadas modalidades - de criar um grande número de qubits estáveis.Algumas dessas modalidades de qubit incluem armadilha de íons (IONQ), supercondutor (IBM), fotônico (Psiquantum e Xanadu), átomos frios (computação Coldquanta e Atom) e topológica (Microsoft).Entre os anúncios recentes estão a IBM atingindo 127 qubits, a Microsoft alcançando um marco importante em qubits topológicos, e o relatório de Iionq aumentou a fidelidade de seus qubits.

Embora estes sejam apenas waypoints intermediários, eles nos aproximam de poder oferecer valor comercial verdadeiro de computadores quânticos. Though many advances are still needed in the hardware, some are predicting that just 420 qubits would be enough to outperform supercomputers capable of 10¹⁸ floating-point operations per second.

Outra implicação importante é que um abismo está começando a se formar entre computadores quânticos e computadores clássicos.De um modo geral, qualquer software que possa ser escrito para um computador quântico de 50 quits pode ser simulado em um computador clássico.Mas, à medida que chegamos a 100, 200 qubits e além, essa simulação não é mais possível.

Estamos entrando no território desconhecido em relação ao que pode ser feito com computadores quânticos, bem como com questões práticas, como depurar um programa que você não pode simular, como testar que os algoritmos escalam corretamente com o número de qubits,e mais.

Por que os computadores quânticos são considerados uma tecnologia estratégica?

As perspectivas de desenvolver novos compostos e melhores baterias de EV, otimizar a cadeia de suprimentos para obter reduções substanciais de custos, obtendo análise de risco mais precisa ou coletando novas idéias do aprendizado de máquina quântica são emocionantes para gerentes de negócios e CTOs.

O mesmo é verdade não apenas para empresas, mas também para países.Muitos governos veem a computação quântica como uma tecnologia estratégica, permitindo e iniciaram programas quânticos nacionais.No início deste ano, os governos de todo o mundo investiram mais de US $ 25 bilhões em tecnologia quântica, com a China (US $ 15 bilhões) e a União Europeia (US $ 7 bilhões) liderando o pacote.

Adm.Michael Rogers (USN, RET.), o ex -diretor da Agência de Segurança Nacional, diz: “Muitas nações ao redor do mundo, particularmente as mais industrializadas ou as mais desenvolvidas, identificaram o Quantum como uma tecnologia que antes aperfeiçoou, tanto o impacto econômico e de segurança nacional significativo quantoque haverá vantagem a ser obtida com esses conjuntos de recursos.Especialmente se você puder fazê -lo mais cedo do que parte de sua concorrência, seja essa concorrência de uma perspectiva econômica, de uma perspectiva de segurança nacional ou de uma perspectiva de espionagem.”

Percebendo o potencial do Quantum, várias empresas estão adotando uma estratégia de explorar o Quantum como uma apólice de seguro.Assim como em uma apólice de seguro regular, um paga uma pequena quantia em relação ao custo potencial de um evento adverso.

Assim, as empresas estão explorando provas de conceitos e treinando seu pessoal.Eles acreditam que esses investimentos relativamente modestos podem ajudá -los a evitar situações em que estão irremediavelmente atrás dos concorrentes, onde estão lutando para encontrar pessoas qualificadas ou onde estão em alguma desvantagem terrível.

Você pode realmente quebrar a criptografia RSA com um computador quântico?Esses computadores têm outros usos relacionados à segurança cibernética?

Sim, os computadores quânticos têm o potencial de quebrar a criptografia RSA que assegura a maioria das transações financeiras em todo o mundo.A criptografia RSA usa dois grandes números primos, conhecidos apenas pelo remetente e destinatário.O produto desses dois números é tornado público, mas os designers da RSA estavam confiantes de que nenhuma máquina seria capaz de fatorá -la sem gastar vários bilhões de anos.

Mas os computadores quânticos têm propriedades exclusivas, chamadas superposição, emaranhamento e interferência.Os desenvolvedores de algoritmo utilizam essas propriedades para criar algoritmos que superam drasticamente seus colegas clássicos.Um desses algoritmo, chamado algoritmo de Shor, é um método para encontrar fatores primos de um número com muito mais eficiência do que um computador clássico e, assim, quebrar o código RSA.

Esperamos que computadores quânticos suficientemente grandes exigiriam apenas alguns minutos para quebrar o RSA, enquanto um computador clássico pode levar bilhões de anos.No entanto, esses computadores ainda estão a anos, dando às empresas algum tempo para se preparar para essa mudança.

De fato, as empresas têm trabalhado em métodos de comunicação chamados "resistentes quânticos", o que significa que não podiam ser quebrados por computadores quânticos.Por exemplo, j.P.Morgan Chase, Toshiba e Ciena publicaram com sucesso uma prova de conceito para a distribuição quântica, que é uma defesa matematicamente comprovada contra um ataque de segurança cibernética de computação quântica.É importante respeitar o poder da computação quântica, mas não perca o sono por causa do algoritmo de Shor quebrando nossos sistemas financeiros durante a noite.

Quando antes, alguém pode possuir um computador quântico?

A maioria dos computadores quânticos hoje está hospedada na nuvem.E, como a taxa de mudança de hardware é tão grande, faz sentido mantê -la dessa maneira.Embora alguns novos avanços possibilitem que os computadores quânticos menores sejam executados à temperatura ambiente, estamos muito longe do momento dos computadores quânticos pessoais.

Computadores quânticos baseados em nuvem facilitam a experiência com a tecnologia quântica sem gastar grandes quantias de dinheiro para comprá-los.De fato, muitas empresas agora consideram o Quantum como uma despesa operacional, em oposição a uma despesa de capital.

A hospedagem na nuvem facilita a execução do que é conhecido como algoritmos híbridos.Eles utilizam métodos de computação quântica e clássica para combinar as vantagens de cada tecnologia

Em quanto tempo os computadores quânticos proporcionariam valor comercial verdadeiro e em que áreas isso é esperado?

Embora o impacto verdadeiramente inovador da computação quântica seja previsto na década, uma ampla gama de indústrias está explorando muitos casos de uso.Algumas empresas estão dando os primeiros passos das implementações.

Um setor que está adotando a computação quântica é a arena financeira.J.P. Morgan Chase & Co., por exemplo, está integrando sua estrutura com tecnologia quântica para otimização e precificação de portfólio opções financeiras.Os dados da NTT exploraram a análise de risco de crédito.Goldman Sachs tem uma grande equipe de especialistas quânticos.Algumas organizações, como a gigante de seguros AXA, entenderam a promessa do Quantum e estão adotando a visão longa - provocando provas de conceitos, construindo suporte dentro da organização e educando várias unidades de ônibus.

Na indústria automotiva, empresas como a Volkswagen estão construindo competências quânticas internas.Ele fez isso depois que a prova de conceitos bem -sucedidos mostrou que o uso de otimização logística e aprendizado quântico de máquina pode minimizar os custos de produção e prever padrões de tráfego para veículos autônomos.A Volkswagen também usou computação quântica para otimização bem -sucedida de sua programação de lojas de pintura.A BMW concluiu recentemente um desafio quântico focado em várias áreas, incluindo colocação do sensor, gerenciamento de configuração e muito mais.

O poder da computação quântica também pode ser visto ao simular interações entre moléculas.Esse tipo de pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor a natureza deste mundo, descobrindo novas moléculas para baterias EV mais eficientes e poderosas ou para uso farmacêutico, reduzindo o tempo gasto nas fases precoces dos ensaios em busca de possíveis substâncias.Além disso, as empresas de energia e logística consideraram o Quantum uma maneira intrigante de otimizar a cadeia de suprimentos.

O tempo em que os computadores quânticos superam seus colegas clássicos não depende estritamente da contagem de qubit.Também precisamos que esses sistemas sejam escaláveis e duradouros.

Os computadores quânticos de hoje são barulhentos, o que significa que a fidelidade de seu cálculo pode ser facilmente impactada por pequenas imperfeições ou pequenas mudanças ambientais.Como resultado, muitos experimentos de computação quântica usam algoritmos quânticos/clássicos híbridos.Há muito a ganhar no uso de computadores quânticos para uma pequena parte dos cálculos e permitir que os computadores clássicos lidem com o resto.

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Há uma expectativa generalizada de que todos os meses, as empresas quânticas estão melhorando seus computadores quânticos: mais qubits, menos ruído, maior fidelidade.Embora o tempo para a verdadeira utilidade quântica ainda seja desconhecida, é principalmente uma questão de quando, não se.

Embora o computador quântico para as pessoas comuns ainda seja um sonho do futuro, alguns investimentos já estão pagando.

Quais são os principais desafios na criação e trabalho com computadores quânticos nex-genes?

O desafio mais evidente para chegar ao ponto de computação quântica, produzindo mudanças maciças do mundo real é a escalabilidade do hardware.Uso real e poderoso só pode ser alcançado com sistemas maiores e mais complexos.E há muito o que fazer para aumentar esses sistemas enquanto reduz erros e ruídos.

Os físicos quânticos são esforçados para o trabalho de engenharia novas soluções à medida que surgem mais problemas.Eles estão criando mais quadros estáveis, portões quânticos mais precisos e sistemas físicos mais compactos e escaláveis.

Não é fácil construir sistemas maiores - mais qubits significa mais partículas para tender a.Cada adição ao sistema pode afetar as habilidades dos qubits de interagir produtivamente ou pode introduzir todos os tipos de erros.

Há também a necessidade de sistemas criogênicos maiores e mais eficientes para os fornecedores de hardware que lidam com temperaturas quase zero absolutas.Mais qubits significa mais fios e equipamentos que precisam ser armazenados nessas câmaras frias, que não são fáceis ou baratas de fazer.

E à medida que esses sistemas aumentam, o processo de criação do software para computadores maiores se torna mais difícil.Hoje, a maioria dos softwares é projetada especificando explicitamente as conexões de qubits com portões quânticos ou com blocos de código pré-escrito pré-escritos.À medida que os sistemas se tornam maiores, esse processo manual se torna difícil e logo se tornará quase impossível.

Se pensarmos em analogias de outras disciplinas, essa progressão não é surpreendente.Não é difícil escrever algumas linhas de código no idioma da montagem, mas você não gostaria de escrever uma simulação matemática dessa maneira.É relativamente fácil conectar alguns digitais e, ou nem portões, mas não é assim que as empresas projetam CPUs de ponta.O processo de escrita do software precisará evoluir.

Quais conceitos em design eletrônico podem ser aplicáveis à computação quântica?

Ao aprender sobre circuitos eletrônicos digitais, o design prático baseado em portão é crucial para desenvolver uma compreensão básica dos conceitos digitais.No entanto, uma vez que o básico é aprendido, muito poucas pessoas projetam sistemas grandes e significativos, conectando portões lógicos discretos.

Em vez disso, as soluções reais são implementadas especificando modelos funcionais de alto nível, enquanto as soluções de design auxiliadas por computador (como as de cadência ou sinopsys) lidam com o levantamento pesado de sintetizar esse sistema a partir do design funcional.Um computador pode fazer um trabalho muito melhor para encontrar implementações apropriadas para o modelo funcional, minimizando o número de portões ou cumprindo outras restrições de design que são importantes para o designer humano.

Empresas como o Classiq estão começando a aplicar esse método à computação quântica, sintetizando circuitos quânticos sofisticados no nível do portão de modelos funcionais de alto nível.Eles aplicam métodos semelhantes para transformar modelos em circuitos enquanto atendem a um conjunto de restrições (como o número de qubits ou o tipo de portões que estão sendo usados) e otimizando o circuito para a plataforma de hardware de escolha.

Sem o software certo, os computadores quânticos podem ser inúteis, por isso é bom ver que a capacidade de escrever software sofisticado progride juntamente com melhorias de hardware.

A computação quântica é uma tecnologia de mudança de jogo para aqueles que a aproveitam.Não espere para começar.