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Supremacía cuántica

La supremacía cuántica es la demostración experimental de un computadora cuántica dominio y ventaja sobre las computadoras clásicas al realizar cálculos que antes eran imposibles a velocidades inigualables. Para confirmar que se ha logrado la supremacía cuántica, los informáticos deben poder demostrar que una computadora clásica nunca podría haber resuelto el problema y, al mismo tiempo, demostrar que la computadora cuántica puede realizar el cálculo rápidamente.

Los científicos de la computación esperan que la supremacía cuántica conduzca a la ruptura del algoritmo de Shor, un cálculo actualmente imposible que es la base de la mayoría de los modernos criptografía – así como ventajas en el desarrollo de fármacos, previsiones meteorológicas, negociación de acciones y diseño de materiales.

La computación cuántica está evolucionando constantemente; Las computadoras cuánticas aún no han llegado a un punto en el que puedan mostrar su supremacía sobre las computadoras clásicas. Esto se debe principalmente a la enorme cantidad de bits, o qubits, que se requieren para realizar operaciones significativas en computadoras cuánticas. A medida que aumenta la cantidad de puertas necesarias y el número de qubits, también lo hace la tasa de error, y si la tasa de error es demasiado alta, la computadora cuántica pierde cualquier ventaja que tuviera sobre la computadora clásica.

Para realizar con éxito cálculos útiles, como determinar las propiedades químicas de una sustancia, serían necesarios algunos millones de qubits. Actualmente, el diseño de computadora cuántica más grande es Bristlecone de Google, con un procesador cuántico de 72 qubit, que se lanzó en marzo de 2018.

Computadoras cuánticas frente a computadoras clásicas

La principal diferencia entre las computadoras cuánticas y clásicas está en la forma en que funcionan. Las computadoras clásicas procesan la información como bits, con todos los cálculos realizados en un binario idioma de 1 y 0. los Actual en las computadoras clásicas está fluyendo a través del transistor o no; No hay término medio.

Por el contrario, las computadoras cuánticas usan Teoría cuántica como base de sus sistemas. La teoría cuántica se centra en las interacciones extraordinarias entre partículas en una escala invisible, como átomos, electrones y fotones. Por lo tanto, los estados binarios utilizados en las computadoras clásicas ya no se pueden aplicar a las computadoras cuánticas.

En teoría, los qubits pueden superar en magnitudes la escala de cálculo de bits binarios. Esto se debe principalmente a la cuántica superposición – o la capacidad de una partícula subatómica de existir en dos estados a la vez. La superposición permite a los qubits ejecutar cálculos específicos en varias posibilidades simultáneamente.

Atrapado iones, fotones y superconductores Brindan a las computadoras cuánticas la capacidad de realizar cálculos a velocidades excepcionalmente rápidas y absorber cantidades masivas de datos. Sin embargo, el valor real que las computadoras cuánticas podrían proporcionar es la capacidad de resolver problemas que son demasiado complejos para que los aborden las computadoras clásicas o que a las computadoras clásicas les tomaría miles de millones de años responder. Las computadoras cuánticas deberían poder crear una serie de muestras a partir de un circuito cuántico aleatorio que siga una distribución específica y correcta.

Si bien estas ventajas podrían conducir a la supremacía cuántica, los procesadores aún no se han construido con todas las capacidades. Las computadoras clásicas continúan sorprendiendo a los informáticos con su poder computacional y su capacidad para resolver ciertos tipos de problemas. Hasta que se construya una computadora cuántica que resuelva un problema que se haya demostrado que una computadora clásica no puede resolver, sigue siendo posible que exista un algoritmo clásico mejor y no se logre la supremacía cuántica.

Aplicaciones de la supremacía cuántica

Algunas personas creen que una computadora cuántica que logre la supremacía cuántica podría ser la nueva tecnología más disruptiva desde la Intel 4004 microprocesador fue inventado en 1971. Ciertas profesiones y áreas de negocios se verán afectadas significativamente por la supremacía cuántica. Ejemplos incluyen:

  • La capacidad de realizar más complejos simulaciones a mayor escala proporcionará a las empresas una mayor eficiencia, un conocimiento más profundo y una mejor previsión, mejorando así los procesos de optimización.
  • Serían posibles simulaciones mejoradas que modelen sistemas cuánticos complejos, como moléculas biológicas.
  • Combinando computación cuántica con inteligencia artificial (AI) podría hacer que la IA sea inmensamente más inteligente de lo que es ahora.
  • Se pueden diseñar, modelar y modificar nuevos medicamentos, productos químicos y materiales personalizados para ayudar a cultivar nuevos productos farmacéuticos, comerciales o comerciales.
  • La capacidad de factorizar números extremadamente grandes podría romper formas actuales y de larga data de cifrado.

En general, la supremacía cuántica podría iniciar un nuevo mercado para dispositivos que tienen el potencial de impulsar la inteligencia artificial, modelar intrincadamente interacciones moleculares y sistemas financieros, mejorar los pronósticos meteorológicos y descifrar códigos previamente imposibles.

Si bien la mayoría de estas aplicaciones parecen proporcionar nada más que beneficios, la supremacía cuántica también tiene la capacidad de desestabilizar las matemáticas que subyacen en la mayoría de la encriptación de datos actual. Por lo tanto, una vez que se logre la supremacía cuántica, los informáticos tendrán que reevaluar por completo la seguridad informática y cómo proteger la información y los datos. Desafortunadamente, esto se volverá extremadamente difícil con las altas velocidades y las grandes cantidades de datos con las que trabajarán las computadoras cuánticas.

Ejemplos de supremacía cuántica

Si bien el problema que ejemplifica primero la supremacía cuántica podría ser cualquier cosa que los científicos de la computación quieran, se espera que utilicen un problema conocido como muestreo de circuito aleatorio.

Este problema requiere que una computadora muestree correctamente las posibles salidas de un circuito cuántico aleatorio, similar a una serie de acciones que se pueden realizar en un conjunto de qubits. Las computadoras clásicas no poseen algoritmos rápidos para generar estas muestras; por lo tanto, a medida que aumenta la variedad de muestras posibles, las computadoras clásicas se ven abrumadas. Si una computadora cuántica puede extraer muestras de manera eficiente en este caso, entonces demostrará la supremacía cuántica.

Importancia de la supremacía cuántica

El primer cuanto algoritmos se resolvieron en la década de 1990 y, si bien los problemas en sí mismos eran inútiles, el proceso proporcionó a los científicos informáticos que los diseñaron conocimientos y perspectivas que podían usar para desarrollar algoritmos más significativos, como el algoritmo de Shor, que potencialmente podrían tener grandes consecuencias prácticas.

Los informáticos esperan que la supremacía cuántica repita este proceso e impulse a los inventores a crear una computadora cuántica que sea capaz de superar a una computadora clásica, incluso si solo resuelve un problema simple e inútil, porque este trabajo podría ser la clave para construir una computadora cuántica. computadora cuántica beneficiosa y suprema.

Algunas personas también creen Ley de moore termina pronto. Esto inhibiría la investigación de la IA porque las aplicaciones más inteligentes necesarias, como coches autónomos, requieren una gran cantidad de potencia de procesamiento. Una vez que se alcanza la supremacía cuántica, la computación cuántica debería poder resolver este problema y revolucionar el aprendizaje automático (ML).

Finalmente, la supremacía cuántica afectaría enormemente al campo de la informática teórica. Durante décadas, los científicos en este campo han creído en la tesis extendida de Church-Turing, que establece que las computadoras clásicas pueden resolver de manera eficiente cualquier problema que cualquier otro tipo de computadora pueda resolver. La supremacía cuántica viola totalmente esa suposición. Los científicos se verían obligados a abrir sus mentes a un mundo completamente nuevo de la informática.

El futuro de la supremacía cuántica

El objetivo final de la computación cuántica es crear una computadora de puerta universal totalmente funcional y tolerante a fallas. Sin embargo, antes de que se pueda construir esta máquina, los científicos informáticos deben desarrollar:

  • Corrección de errores refinada que no requiere grandes cantidades de hardware
  • Algoritmos avanzados que pueden dar soporte a problemas exclusivamente complejos.
  • Mejorado ruido
  • Qubits con menos sensibilidad al ruido, tiempos de coherencia más largos y mayor confiabilidad
  • Procesadores cuánticos que poseen miles de qubits

Y China han sido los más enfocados en invertir en proyectos cuánticos junto con organizaciones y negocios como Google, Microsoft, IBM, Lockheed Martin y Alibaba. Google ha desarrollado un procesador cuántico de 72 qubit, llamado Bristlecone, que afirman alcanzará la supremacía cuántica para fines de 2019.

Ventajas desventajas

Una vez que se muestre la supremacía cuántica, las computadoras cuánticas proporcionarán un uso superior para procesar grandes conjuntos de datos, como los que se utilizan en la investigación del cáncer, el diseño de fármacos, la física de partículas de ingeniería genética y el pronóstico del tiempo. Desafortunadamente, debido a la superposición, los programadores que trabajan en el desarrollo de herramientas para codificar computadoras cuánticas no pueden ver las rutas que toman sus datos desde la entrada hasta la salida, lo que hace que el proceso de depuración sea muy complicado.

Además, si bien la supremacía cuántica puede ser extremadamente beneficiosa para varias industrias, el avance también podría llevar a estados o actores deshonestos que utilicen computadoras cuánticas con fines destructivos.

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