Cum a devenit IBM liderul mondial în tehnologia cuantică

Ce sunt computerele cuantice? 

Computerele cuantice de la IBM sunt dispozitive care folosesc principiile mecanicii cuantice pentru a efectua calcule mult mai rapide şi mai complexe decât computerele clasice.

IBM este una dintre companiile care conduc în domeniul tehnologiei cuantice şi a dezvoltat mai multe modele de computere cuantice, cum ar fi Q System One, primul computer cuantic comercial , sau Osprey, cel mai mare computer cuantic din lume, cu 433 de qubiţi.

Qubiţii sunt unităţile de bază ale informaţiei cuantice şi pot avea valori de 0, 1 sau o suprapunere a celor două în acelaşi timp.

Acest lucru le permite să reprezinte mai multe stări posibile simultan şi să execute operaţii paralele.

Qubiţii sunt controlaţi prin circuite superconductoare care funcţionează la temperaturi foarte scăzute, aproape de zero absolut. Pentru a menţine coerenţa şi stabilitatea qubiţilor, computerele cuantice trebuie să fie izolate de orice perturbaţie externă.

Computerele cuantice de la IBM au potenţialul de a rezolva probleme care ar necesita ani sau chiar secole pentru computerele clasice, cum ar fi simularea reacţiilor chimice la nivel subatomic, optimizarea rutelor de transport, criptarea datelor sau inteligenţa artificială.

IBM oferă acces la computerele sale cuantice prin cloud şi colaborează cu instituţii de cercetare şi industriale din Europa pentru a avansa în domeniul tehnologiei cuantice

Computerele cuantice au atât avantaje, cât şi dezavantaje, în funcţie de domeniul de aplicare şi de nivelul de dezvoltare. Iată câteva dintre ele:

Avantaje:

• Computerele cuantice pot rezolva probleme care ar necesita un timp foarte mare sau imposibil pentru computerele clasice, cum ar fi simularea sistemelor cuantice, optimizarea combinatorie, criptanaliza sau inteligenţa artificială .
• Computerele cuantice pot accelera descoperirea de noi medicamente, materiale sau tehnologii, prin explorarea unui spaţiu mai mare de posibilităţi şi prin testarea mai rapidă a ipotezelor .
• Computerele cuantice pot oferi o securitate mai mare a informaţiilor, prin folosirea unor protocoale criptografice cuantice care se bazează pe proprietăţile fizice ale qubiţilor şi care nu pot fi sparte de computerele clasice .

Dezavantaje:

• Computerele cuantice sunt extrem de scumpe şi dificil de construit şi de menţinut, având nevoie de materiale speciale, de circuite superconductoare şi de condiţii de temperatură şi izolare foarte riguroase .
• Computerele cuantice sunt sensibile la erori şi la decoerenţă, adică pierderea stării cuantice a qubiţilor din cauza interacţiunii cu mediul. Acest lucru limitează numărul şi durata operaţiilor cuantice care pot fi efectuate fără a afecta rezultatul 
• Computerele cuantice nu sunt compatibile cu computerele clasice şi necesită o nouă paradigmă de programare şi de algoritm. De asemenea, nu toate problemele pot fi rezolvate mai bine cu computerele cuantice decât cu cele clasice 

Cum funcţionează? 

Un computer cuantic funcţionează prin crearea şi manipularea stărilor cuantice ale qubiţilor, folosind circuite superconductoare, atomi captaţi sau fotoni. Aceste stări cuantice sunt sensibile la orice perturbaţie externă şi trebuie izolate şi răcite la temperaturi foarte scăzute.

Un computer cuantic poate efectua operaţii cuantice asupra qubiţilor, folosind porţi logice cuantice, care sunt analoge porţilor logice clasice, dar care pot exploata proprietăţile cuantice ale qubiţilor 

Două dintre aceste proprietăţi sunt suprapunerea şi înlănţuirea. Suprapunerea înseamnă că un qubit poate fi într-o combinaţie liniară de 0 şi 1 în acelaşi timp, până când este măsurat şi se prăbuşeşte într-o singură valoare.

Înlănţuirea înseamnă că doi sau mai mulţi qubiţi pot fi corelaţi în aşa fel încât starea unuia depinde de starea celuilalt, chiar dacă sunt separaţi spaţial. Aceste proprietăţi permit unui computer cuantic să exploreze simultan mai multe soluţii posibile pentru o problemă şi să găsească cea mai bună dintre ele .

Un computer cuantic are avantajul de a putea efectua mai multe calcule simultan sau în paralel, ceea ce se numeşte paralelism cuantic. Acest lucru îi conferă o putere de calcul mult mai mare decât un computer clasic, pentru anumite tipuri de probleme care pot fi exprimate în termeni cuantici.

Un exemplu este factorizarea numerelor mari, care este dificil de realizat pentru computerele clasice, dar care poate fi rezolvată rapid de computerele cuantice, folosind algoritmul lui Shor

Cât costă? 

Costul unui computer cuantic de la IBM nu este publicat oficial, dar se estimează că este foarte ridicat, având în vedere complexitatea şi dificultatea tehnologiei.

De exemplu, un computer cuantic de la IBM necesită un frigider special care să îl menţină la temperaturi aproape de zero absolut şi o izolare perfectă de orice perturbaţie externă.

De asemenea, un computer cuantic de la IBM necesită o infrastructură de cloud şi o reţea de fibră optică pentru a permite accesul la distanţă al utilizatorilor.

IBM nu vinde direct computerele sale cuantice, ci le oferă prin cloud sau prin parteneriate cu instituţii de cercetare sau industriale.

De exemplu, IBM a instalat primul său computer cuantic din Europa la Institutul Fraunhofer din Germania, în urma unei întâlniri între cancelarul Angela Merkel şi şefa IBM de atunci, Ginni Rometty, la forumul economic de la Davos în 2019.

IBM permite companiilor şi cercetătorilor să testeze algoritmi pe computerele sale cuantice prin cloud, dar percepe o taxă în funcţie de numărul şi durata experimentelor.