Calculatoare cuantice

La baza calculatoarelor cuantice stă mecanica cuantică, care a apărut din dorința de a înțelege relația dintre structura unui atom și interacțiunea acestuia cu radiațiile electromagnetice.

Spre deosebire de mașinile de calcul cu care suntem obișnuiți, ce au la bază bitul, un calculator cuantic folosește qubiții (quantum bit). Diferența dintre bit și qubit constă în stările pe care le pot avea. După cum știm, un bit are valoarea 0 sau 1. Un qubit poate fi însă într-o combinație a stărilor 0 și 1 (până la măsurarea lui), ce poartă numele de superpoziție. Deci probabilitatea ca rezultatul măsurării unui qubit să fie 0 sau 1 este, în general, diferită de 0.0 sau 1.0 și măsurări diferite vor da rezultate diferite. Fiecare stare are asociată un coeficient egal cu probabilitatea ca bitul cuantic să se găsească în acea stare. Corespondentul a n qubiți în biți clasici este 2ⁿ. Suportul fizic al unui qubit este un foton, un electron sau un nucleu atomic.

Presupunerea pe care o facem când auzim de aceste noi mașinării de calcul este că într-un viitor mai apropiat sau nu, acestea vor înlocui calculatoarele pe care le folosim acum. Instinctual, fiecare operație făcută ar trebui să fie realizată mai rapidă. Adevărul este că un calculator cuantic ar îmbunătăți cu mult timpul de execuție doar în situații în care este posibilă o paralelizare a calcului. Pentru activitățile obișnuite, cel mai probabil timpul de execuție ar crește pe un calculator cuantic.

Domeniul este încă la începuturile sale. Abia acum se construiesc limbaje de asamblare și se gândesc noi niveluri de abstracție pentru a ajuta programatorii să conceapă algoritmi, exploatând caracteristicile calculatorului cuantic. Ideal ar fi să reușim să construim un limbaj care să permită utilizarea unui astfel de calculator atunci când este necesar. O altă problemă cu care se confruntă cercetătorii este crearea de algoritmi. Chiar dacă există algoritmi ce funcționează corect pe o mașină de calcul cuantică perfectă (algoritmul lui Shor), provocarea cu care ne confruntăm acum este să concepem algoritmi care să funcționeze pe un calculator cuantic actual, cu limitările lui tehnice.

O arie importantă ce va beneficia de progresul calculatoarelor cuantice este securitatea online, prin dezvoltarea de noi metode de criptare a informației. Inteligența artificială are de asemenea de câștigat întrucât procesarea informației va fi mai rapidă, iar această etapă stă la baza învățării automate. Alt sector în care calculatoarele cuantice vor ajuta la progres este industria farmaceutică, deoarece se vor putea crea simulări ale interacțiunii medicamentelor cu moleculele din corpul uman, și astfel se va elimina necesitatea testării lor pe oameni. Nu în ultimul rând, eficiența controlului traficului va crește datorită calculării rapide a rutei optime, iar prognoza meteo va avea o precizie mai mare ca urmare a îmbunătățirii modelelor climatice.

Calculatoarele cuantice sunt o ramură a informaticii cu perspective importante în viitor, ce vă va oferi cu siguranță posibilitatea de a vă face remarcați. Puteți începe chiar de acum să ajutați la dezvoltarea acestui domeniu, accesând site-ul celor de la IBM: https://www.research.ibm.com/ibm-q/ .