Dopo circa 55 anni di Legge di Moore, che prende il nome dal co-fondatore di Intel Gordon Moore, i processori hanno raggiunto i loro limiti e le tecniche architettoniche tradizionali hanno raggiunto i loro limiti in termini di efficienza energetica. Fortunatamente, il calcolo quantistico arriva in un momento in cui la legge di Moore è esaurita, ha detto a TechRadar Middle East Ismail Akhalwaya, ricercatore presso l'Africa Research Lab di IBM, in un'intervista esclusiva. "La legge di Moore mira a raddoppiare il numero di transistor su un chip ogni due anni e questa tendenza è ormai finita. Con i bit quantici, però, questo è un tipo completamente nuovo di regime di calcolo e non è solo la legge di Moore", ha affermato.
Cos'è un quantum bit o un qubit?
In un computer tipico, i dati possono essere elaborati in uno stato binario esclusivo in qualsiasi momento, 0 (disabilitato) o 1 (abilitato), ma nel calcolo quantistico possono operare in modalità bidirezionale, il che può significare in una sovrapposizione di 0 e 1 attraverso un bit quantico o qubit. I qubit possono trovarsi in diversi stati di base contemporaneamente, il che è noto come sovrapposizione quantistica. Pertanto, mentre un qubit può trovarsi in una sovrapposizione a due stati, dieci qubit, sfruttando l'entanglement, possono trovarsi in una sovrapposizione a 1024 stati. Questo fenomeno porta ad una crescita esponenziale dei possibili stati rappresentabili rispetto al numero di qubit.Raddoppio del volume quantico
Akhalwaya ha affermato che IBM è stata in prima linea nell'applicazione della legge di Moore il più a lungo possibile, ma il mondo ha bisogno di una maggiore potenza di elaborazione. "Con i nostri computer quantistici, abbiamo raddoppiato il volume quantico ogni anno per tre anni. La sfida è ridurre il rumore (influenza ambientale). Ogni volta che aggiungiamo un qubit in più, raddoppiamo la potenza, ma aumentiamo anche il rumore, " Egli ha detto. Akhalwaya ha chiarito che c'erano due leggi. Secondo la legge di Google, la legge è nota come Legge di Neven, dal nome di Hartmut Neven, direttore del Quantum Artificial Intelligence Laboratory, e afferma che la potenza di calcolo quantistico dovrebbe crescere a un tasso esponenziale doppio rispetto al calcolo classico. Secondo IBM, il suo nome è Legge di Gambetta, dal nome del suo socio Jay Gambetta, che afferma: "Sembra che siamo sulla buona strada per raddoppiare il volume quantico ogni anno e se continuiamo, dovremmo ottenere un vantaggio quantico negli anni '2020. " IBM ha recentemente collocato il più grande computer cloud quantistico, 53 qubit, ed è disponibile per i suoi oltre 80 clienti Q Network, tra cui Wells Fargo, che si è unito a lui la scorsa settimana. "Abbiamo fatto progressi costanti e uno dei migliori indicatori di successo è quello che chiamiamo volume quantico". Questa è una buona misura per mostrare non solo il crescente numero di qubit, ma anche che anche la qualità dei qubit sta aumentando. Abbiamo raddoppiato il volume quantico", ha detto. Con il volume quantico, non sono solo i qubit che contano, ha aggiunto, aggiungendo che è anche il modo in cui il rumore entra nei qubit. Quindi, in un computer quantistico, ha detto che il rumore si infiltra e distrugge i qubit." Quindi, il volume quantico è il maggior numero di qubit moltiplicato per il tempo più lungo che puoi eseguire prima che entri il rumore. Al momento abbiamo un volume quantico di 16. Ma la meccanica quantistica ha una strana proprietà." Cerca di ridurre l'influenza ambientale "A differenza di un computer convenzionale, abbiamo bit stabili, non vengono persi e l'ambiente non ha alcun impatto sul bit." Nel caso quantistico, l'ambiente interferisce con lo stato delicato e le fughe di informazioni, il che significa che l'influenza dell'ambiente si insinua e cancella le informazioni.Finestra di opportunità
"Ogni volta che hai una buona opportunità, puoi ridimensionarla correggendo i bug. Stiamo lavorando in questa direzione. L'implementazione commerciale dei computer quantistici è in corso, ma ci vorranno altri 5-10 anni per l'adozione di massa. Nel frattempo, stiamo cercando di scoprire nuovi casi d'uso e stiamo ancora lavorando in presenza di rumore", ha affermato Akhalwaya. Ad esempio, ha affermato che un cliente ha impiegato sette anni per integrare il processore grafico nel suo posto di lavoro. Quindi puoi immaginare quanto tempo ci vorrà per integrare il calcolo quantistico. Il calcolo quantistico ha molti vantaggi. Ha detto, aggiungendo che molti tipi di calcoli, specialmente nel mondo della chimica, sono stati notevolmente velocizzati. "Possiamo ottenere simulazioni chimiche migliori per determinare il livello di energia, le velocità di reazione e le molecole di progettazione. L'impatto dovrebbe essere simile al modo in cui la scienza dei materiali ha già cambiato il nostro mondo", ha affermato. "Quando stimoli una reazione chimica o livelli di energia chimica, non è così preciso su un computer convenzionale o un supercomputer. I numeri in chimica non sono corretti, perché la chimica coinvolge la meccanica quantistica", ha detto. Il modo in cui gli elettroni si muovono all'interno degli atomi e le molecole si legano insieme è un processo quantomeccanico e la meccanica quantistica ha diversi passaggi.Finestra di calcolo dell'estensione
In una reazione chimica, Akhalwaya ha affermato che un singolo elettrone in più potrebbe raddoppiare il numero di possibili configurazioni di una molecola. La possibilità di duplicare una reazione chimica non può essere gestita con un computer convenzionale. Akhalwaya ha dichiarato: "Avremo bisogno di milioni di qubit rumorosi". Per allargare la finestra di calcolo, possiamo "prendere i qubit rumorosi e usarli per rappresentare un qubit pulito che può durare indefinitamente. Abbiamo bisogno di 1,000 qubit rumorosi per costruire un qubit pulito. Quindi, per ottenere migliaia di qubit puliti, abbiamo bisogno di milioni di qubit rumorosi, ma è possibile", ha affermato. "Sappiamo per esperienza classica che su un'auto vecchia, ogni parte deve essere sostituita, ma puoi ancora guidare l'auto per un po'". Quando sorge un problema, cambi solo quella parte", ha detto. Allo stesso modo, con un computer quantistico, "possiamo creare qubit in grado di calcolare periodi più lunghi da pezzi di millisecondi che sono resi possibili dalla tecnologia, dalla matematica e da una buona comprensione di fisica." Non ha senso costruire un computer quantistico con 1,000 qubit rumorosi, ha detto. "Devi farlo riducendo il rumore. Questi qubit sono basati su un substrato di silicio e questo substrato interferisce con i qubit e i qubit interferiscono con quelli vicini. "Non ha senso aumentare i qubit fino a quando non riduciamo gradualmente i livelli di rumore, ma speriamo di raddoppiare il volume quantico, la pulizia dei qubit e i numeri di qubit nello stesso modo in cui è raddoppiato Moore", ha affermato. IBM ha 14 computer quantistici a disposizione dei suoi clienti. Akhalwaya ha affermato che la missione era aumentare il volume quantico ogni anno e coinvolgere più aziende e università per ottenere nuovi casi d'uso. "Crediamo in un modello ibrido di calcolo quantistico e classico per i prossimi decenni. Abbiamo bisogno di computer convenzionali per caricare le informazioni nei computer quantistici. Sarà come una GPU in un computer classico. Usiamo la GPU solo quando ne abbiamo bisogno. Useremo i computer quantistici solo quando ne avremo bisogno, come una GPU. Ciò non significa che i computer quantistici sostituiranno i computer convenzionali", ha affermato.