Al giorno d'oggi, i computer standard sono indubbiamente avanzati rispetto a ciò che potevamo raccogliere qualche decennio fa. Tuttavia, con quanto sono veloci e diversificati i computer di oggi, è difficile immaginare qualcosa che possa essere ancora migliore. Entra nel calcolo quantistico. Questo campo della scienza mira a utilizzare le leggi dell'universo per raggiungere obiettivi incredibili.
Quindi, cos'è esattamente il calcolo quantistico e come influenzerà il nostro mondo in futuro?
Cos'è il calcolo quantistico?
Sebbene le dinamiche del calcolo quantistico siano ancora oggetto di studio oggi, è emerso originariamente negli anni '80 dal fisico Paul Benioff. In quel momento, Benioff propose un modello di calcolo quantistico della macchina di Turing. Successivamente, individui successivi hanno contribuito a sviluppare la teoria e l'applicazione del calcolo quantistico, tra cui Isaac Chuang e Neil Gershenfeld.
La definizione di calcolo quantistico varia leggermente a seconda del sito che visiti. La sua forma più elementare è un tipo di calcolo che si basa sulla meccanica quantistica per funzionare. Mentre i computer quantistici una volta erano solo una teoria sulla carta, ora stanno prendendo vita.
Quindi, con che tipo di computer quantistici abbiamo a che fare oggi?
Il calcolo quantistico è ancora molto in fase di sviluppo. È un campo incredibilmente complesso che ha lasciato il posto a numerosi modelli prototipo, come il computer quantistico Sycamore di Google. Nel 2019, Google ha annunciato che Sycamore ha impiegato pochi minuti per risolvere un calcolo che avrebbe richiesto a un supercomputer 10.000 anni. Ma cosa c'è di diverso nei computer quantistici? Come possono realizzare imprese così enormi?
Le basi del calcolo quantistico
Un tipico computer utilizza unità note come bit per funzionare. Un bit può e avrà solo uno dei due valori: zero o uno. Questi bit sono usati per scrivere codice binario, un punto fermo assoluto nel mondo informatico.
D'altra parte, qualcosa noto come bit quantico (qubit) è l'unità di base dei computer quantistici. Sono queste unità di cui i computer quantistici hanno bisogno per memorizzare dati ed eseguire funzioni. Un qubit può trasportare informazioni in uno stato quantico e può essere generato in diversi modi, ad esempio attraverso lo spin di un elettrone.
I qubit possono anche assumere qualsiasi numero di forme, come un fotone o uno ione intrappolato. Queste sono particelle infinitamente piccole che costituiscono la base del nostro universo.
I qubit hanno un grande potenziale. Sono attualmente utilizzati nei computer quantistici per risolvere algoritmi quantistici multidimensionali ed eseguire modelli quantistici. La cosa incredibile dei qubit è che possono esistere in più stati contemporaneamente. Ciò significa che possono essere simultaneamente zero, uno o qualsiasi altra via di mezzo.
A causa di questa proprietà, i qubit possono considerare più possibilità contemporaneamente, il che offre ai computer quantistici la possibilità di eseguire calcoli prima che lo stato di un oggetto diventi misurabile. Ciò consente ai computer quantistici di risolvere problemi complessi molto più velocemente dei normali computer.
I lati positivi dei computer quantistici
Il più grande vantaggio dei computer quantistici è la velocità con cui possono eseguire calcoli. Tale tecnologia può fornire velocità di calcolo che i computer tradizionali non saranno mai in grado di raggiungere. I computer quantistici sono anche molto più in grado di risolvere problemi più complessi rispetto ai computer tipici e possono eseguire simulazioni molto complesse.
Questa capacità avanzata ospitata dai computer quantistici è talvolta indicata come "superiorità quantistica," in quanto hanno un potenziale ben oltre quello dei computer, o addirittura supercomputer avanzati, potrebbe raggiungere nei prossimi anni o decenni. Ma i computer quantistici non sono affatto perfetti. Queste macchine presentano alcuni aspetti negativi che potrebbero influire sul loro successo futuro.
Gli svantaggi dei computer quantistici
Poiché i computer quantistici sono ancora nella loro fase di prototipo, molti problemi devono ancora essere superati.
In primo luogo, i computer quantistici hanno bisogno di ambienti estremi in cui funzionare. In effetti, queste macchine devono esistere a temperature di circa 450 gradi Fahrenheit. Ciò rende difficile l'accesso ai computer quantistici da parte della maggior parte delle aziende e del pubblico. Inoltre, i computer quantistici sono molto grandi rispetto ai modelli standard odierni, simili a quanto era grande il primo computer. Anche se questo probabilmente cambierà in futuro, contribuirà all'inaccessibilità di questa tecnologia per la gente normale nelle prime fasi di sviluppo.
Anche i computer quantistici hanno ancora a che fare con tassi di errore troppo alti. Per un'integrazione di successo in vari settori, dobbiamo essere sicuri che queste macchine forniscano un alto tasso di successo in modo da poter fare affidamento su di esse.
Ora che comprendiamo le basi dell'informatica quantistica e i suoi pro e contro, entriamo nel modo in cui questa tecnologia può essere applicata in vari settori.
Gli usi dell'informatica quantistica
Poiché l'informatica quantistica è ancora in qualche modo nelle sue prime fasi di sviluppo, vengono lanciate molte idee su cosa potrebbe fare un giorno. Ci sono molte idee sbagliate là fuori riguardo ai computer quantistici, il che è ampiamente dovuto a incomprensioni sulla tecnologia. Alcune persone propongono che i computer quantistici verranno utilizzati per entrare in universi paralleli o addirittura simulare il viaggio nel tempo.
Sebbene queste possibilità non possano essere esattamente escluse, dobbiamo concentrarci sulle applicazioni più realistiche dell'informatica quantistica che potrebbero essere raggiunte nei prossimi decenni. Quindi, entriamo nelle applicazioni del calcolo quantistico.
1. Intelligenza artificiale e apprendimento automatico
L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico sono altre due tecnologie che sembrano quasi futuristiche ma stanno diventando sempre più avanzate con il passare degli anni. Man mano che queste tecnologie si sviluppano, potremmo dover passare dai computer standard. È qui che potrebbero intervenire i computer quantistici, con il loro vasto potenziale per elaborare funzioni e risolvere rapidamente calcoli.
2. Sicurezza informatica
Man mano che i criminali informatici diventano più sofisticati, aumenta la nostra esigenza di livelli elevati di sicurezza informatica. Oggi, il crimine informatico è preoccupantemente comune, con migliaia di persone prese di mira mensilmente.
Utilizzando il calcolo quantistico, un giorno potremmo essere in grado di sviluppare più facilmente protocolli di sicurezza informatica di alto livello in grado di affrontare anche gli attacchi più sofisticati.
L'informatica quantistica ha anche il potenziale per dare una mano alla crittografia, in particolare in un campo noto come crittografia quantistica. Questo esplora l'atto di sfruttare la meccanica quantistica per svolgere funzioni crittografiche.
3. Sviluppo di farmaci
La capacità dei computer quantistici di prevedere l'esito delle situazioni può renderli efficaci nello sviluppo di farmaci. Un computer quantistico potrebbe un giorno aiutare a prevedere come agiscono determinate molecole in determinati scenari. Ad esempio, un computer quantistico potrebbe prevedere come si comporterebbe un farmaco all'interno del corpo di una persona.
Questo elevato livello di ricerca potrebbe rendere molto più semplice il periodo di tentativi ed errori dello sviluppo del farmaco.
Preoccupazioni relative all'informatica quantistica
Quando si sviluppa un nuovo tipo di tecnologia, è naturale che le persone si sentano un po' preoccupate. Quindi, il calcolo quantistico dovrebbe essere una preoccupazione per noi?
Si è parlato molto di sicurezza informatica rischi posti dai computer quantistici. Sebbene i computer quantistici possano aiutare a raggiungere livelli più elevati di sicurezza digitale, le cose potrebbero andare diversamente. Sebbene al momento questa minaccia sia ipotetica, esiste la possibilità che possa trasformarsi in un problema nei prossimi anni, in particolare quando i computer quantistici diventeranno accessibili a tutti popolazione. Alcune aziende stanno già offrendo "VPN a prova di quantistica"servizi in anticipo.
Poiché i computer quantistici possono risolvere problemi molto complessi, il loro potenziale per il cracking di password più efficace e decrittazione dei dati aumenta. Mentre anche i supercomputer faticano a trovare chiavi di decrittazione di grandi dimensioni, un giorno i computer quantistici potrebbero avere la capacità di decrittografare facilmente i dati sensibili, il che sarebbe un'ottima notizia per gli attori malintenzionati.
Il Quantum Computing ci spingerà verso il futuro
Le possibilità offerte dall'informatica quantistica sono a dir poco incredibili e un giorno saranno realizzabili. Sebbene l'informatica quantistica sia ancora nelle sue fasi iniziali, i continui progressi in questo campo potrebbero portarci a enormi imprese tecnologiche. Solo il tempo lo dirà con questo!
