¿Qué tan prometedor es la computación cuántica?

Google publicó trabajos de investigación que afirman que su computadora cuántica, también conocida como D-WaveX2, que se prevé que sea 100 millones de veces más rápida que las computadoras convencionales, ¿cómo exactamente? Observe la siguiente imagen de Wikipedia

Las computadoras convencionales hoy en día usan el recocido simulado para resolver un problema adecuadamente. Para ello deben cruzar las barreras energéticas. Sin embargo, la computación cuántica cruza estas barreras utilizando el concepto de túnel cuántico, el resultado es un procesador 10 ^ 8 más rápido que un procesador de núcleo único convencional [en este caso Intel Xeon E5-1650].

¿Cuál es la parte genial aquí?

Poder excepcional e ilimitado

Todo se reduce a la diferencia entre Bit y Qubit. Qubit puede contener mucha más información gracias a su codificación súper densa.

Millones de núcleos están presentes en la D-Wave, ya que resolver nuestros problemas ni siquiera es una flexión muscular. Esta computadora solo se puede utilizar por completo en la fabricación de máquinas de inteligencia artificial y otros solucionadores de problemas complejos. La investigación en ciencia puede incrementarse dramáticamente si estas computadoras cuánticas se comercializan completamente.

Game-Design, VR puede literalmente ir a un nivel completamente nuevo. Quantum Computer nunca se puede utilizar por completo al menos en estas áreas, probablemente durante los próximos 10 años al menos. En este momento ya estamos presenciando. Debido a que estas computadoras usan el concepto de recocido cuántico, la probabilidad de encontrar la solución mínima para algún problema será la máxima prioridad, dando lugar a un código más simplificado y libre de errores.

Será posible una mayor conservación de la energía nuevamente debido al proceso de recocido cuántico. Las computadoras desarrolladas por Google y la NASA utilizan un sistema adiabático, lo que significa que la temperatura circundante tiene un efecto cero en el funcionamiento de la computadora que funciona en una fracción del cero absoluto.

Sin embargo, los 512 procesadores de computadora Qubit que usa Google son muuuuuuuuuuuuuuuuuuuy mucho voluminosos, difíciles de mantener para ser utilizados a nivel del cliente. Es más probable que en el futuro veamos computadoras más pequeñas con procesadores de 12 o 14 qubits y luego avancemos. ¡Con mucho poder, también viene una gran responsabilidad!

Tuve un intercambio de hilos con Marcas Neal del cual reproduzco la parte relevante aquí.

Marcas Neal: Lo que quiero decir es que las computadoras cuánticas no son computadoras de propósito general. Vea la respuesta de Marcas Neal a ¿Cuáles son los mejores teoremas o conjeturas (en cualquier campo) que se hayan publicado aquí en Quora? (hilo de comentarios también)

La respuesta de Marcas Neal a ¿La computación cuántica cambia todo nuestro algoritmo de computación?

[Véase también. Nadie jamás afirmó de manera creíble que los problemas de NP completo podrían resolverse en una computadora cuántica en tiempo polinómico. ¿Verdadero o falso? IK]

Yo diría que Quantum es casi inútil para casi todas las aplicaciones.

Ivo Knittel: se utilizará para la mecánica cuántica, lo que dará como resultado mejores materiales, catálisis química, mediciones de precisión.

MN: ¿Cómo? La mecánica cuántica es, por definición, no determinista (actualmente al menos porque soy una de esas personas que piensa que Einstein tenía razón y eventualmente descubriremos que “Dios no juega con los dados”) … así que no hay ayuda en términos de ciencia de los materiales … Las mediciones de precisión ya se pueden hacer con microscopios electrónicos que no requieren nada más que computadoras tradicionales.

IK: En la respuesta a continuación, cito una charla sobre preguntas en física que hoy no conocemos, esencialmente la teoría cuántica de campos que interactúan fuertemente. Personalmente, creo que la computación cuántica será parte de la respuesta de la misma manera que hoy en día la mecánica cuántica y las computadoras forman un equipo. La mecánica cuántica tendría un valor muy limitado sin las computadoras, y las computadoras dependen de la mecánica cuántica. ¿Quiénes son los físicos contemporáneos más respetados y en qué trabajan?

MN: ¿Qué? Utilizamos la mecánica cuántica todos los días en informática, se llama transistor y, debido a la ley de Moore, hemos logrado avances increíbles con este descubrimiento muy simple …

IK: la electrónica de semiconductores es campos cuánticos débilmente acoplados (con líquidos de Fermi, cuasipartículas, electrodinámica cuántica). Entendemos esto, fue un trabajo duro llegar allí. La idea es simple, e incluso esto solo en retrospectiva. Pero para que funcione, todos los detalles tienen que ser respondidos cuantitativamente, y esto es imposible sin una teoría subyacente que funcione. Ahora los superconductores High-T_c están con nosotros durante 25 años. Todavía no los entendemos y son irrelevantes como tecnología. Yo diría que esto se debe a que no los entendemos. Son un ejemplo de campo cuántico altamente interactivo.

MN: Entonces, ¿qué compra Quantum excepto para algoritmos no deterministas (y por lo tanto inutilizables excepto para aplicaciones especializadas)?

IK: Ahora está comenzando con la simulación cuántica de sistemas de estado sólido que son computacionalmente superduros clásicamente. Esto comenzó en serio hace dos años.

http://iopscience.iop.org/1367-2

Esta es la simulación cuántica. La contraparte clásica de esto serían las computadoras analógicas ahora casi olvidadas que se han utilizado en el siglo XIX y principios del XX para resolver ecuaciones diferenciales.

El plan es establecer tales modelos como una herramienta de investigación y volverse digital, es decir, cuántica digital.

MN: Entonces explícame cómo obtener resultados no confusos … ¿La gente de computación cuántica usa la misma definición de “algoritmo” que el resto de la informática? Y si no, ¿cómo se considera la computación quatum CS?

IK: La teoría de la información cuántica actual es simplemente débil aquí. Si confrontas a las personas con esto, lo admiten y dicen que en el futuro alguien vendrá y resolverá esto. Pero no ven esto como una razón para no ir a toda velocidad.

¿Existe una teoría de referencia y verdad formal en la teoría de la información cuántica?

MN: Dado que todo lo que tenemos es teoría actual, es pura especulación sobre lo que es posible en el futuro, pero dado que existe evidencia muy sólida de que [en un sistema del mundo real que tiende a ser complejo y caótico] incluso una pequeña fracción de imprecisión en La simulación producirá resultados muy diferentes. Dudo que no importa qué teoría funcione (pero, por supuesto, esto es tanta especulación como su convicción de que funcionará)

IK: ¿Su punto es que debido a que la medición cuántica es computación cuántica no determinista no puede ser confiable?

MN: Ese es el punto 1 y el punto 2, incluso si eran sistemas de mariposa [problemas del mundo real] y, por lo tanto, hipersensibles a pequeños errores de medición / simulación.

IK: Hay una respuesta inmediata sobre esto: si no tenemos control, ¿cómo podemos hablar ahora desde Austria a Nueva York y viceversa?

MN: Probablemente a través del cable transatlántico propiedad de Hibernia Networks a través de algunos enrutadores centrales … He tenido ISP, así que estamos entrando en un área que conozco profesionalmente, también conozco la ruta razonablemente bien porque uno de los asesores de mi empresa de consultoría es el CTO para el banco de inversión que posee Hibernia Networks … todo está al alcance de la electrónica digital normal cuyos límites físicos están sujetos a la Ley de Moore (no los límites físicos, sino cuánto pueden mejorarse a qué costo y qué tan rápido) … todo 100% basado en transistores y bien entendido desde finales de la década de 1940 (tan bien entendido, de hecho, la ley de Moore se mantuvo durante 50 años hasta hace unos 6 meses cuando IBM alcanzó los límites físicos) …

IK: Yo, de manera bastante similar, conozco personas con información cuántica, he visitado sus laboratorios, revisado sus capítulos de libros y trabajos de investigación. En algún momento, comencé a creer que esto es real.

El hilo completo está bajo la respuesta de Marcas a ¿Se podría usar una computadora cuántica para administrar la economía centralizada ideal?

Europa gastará 1.000 millones de euros para convertir la física cuántica en tecnología cuántica

Un megaproyecto de 10 años irá más allá de la computación cuántica y la criptografía para avanzar en otras tecnologías emergentes

Los físicos cuánticos europeos han hecho cosas asombrosas en las últimas décadas: enviaron fotones individuales a la órbita de la Tierra y los devolvieron, crearon bits cuánticos que estarán en el corazón de las computadoras que pueden descifrar el cifrado de hoy y “teletransportaron” los estados cuánticos de los fotones, electrones y átomos. Pero han tenido menos éxito al convertir la ciencia en tecnología. Al menos esa es la sensación de unos 3.400 científicos que firmaron el “Manifiesto Cuántico”, que exige un gran proyecto europeo para apoyar y coordinar la I + D de tecnología cuántica. La Comisión Europea los escuchó y respondió en mayo con un megaproyecto de € 10 mil millones, de 10 años de duración, llamado Quantum Technology Flagship, que comenzará en 2018.

“Europa tenía dos opciones: unirse y competir, u olvidar todo y dejar que otros capitalicen la investigación realizada en Europa”, dice Anton Zeilinger, físico de la Universidad de Viena, que realizó un trabajo innovador en teletransportación cuántica, que sería clave para un futuro Internet asegurado por la física cuántica.

La Comisión Europea anunció formalmente la financiación de este proyecto en mayo en una conferencia en Amsterdam, organizada por QuTech, el laboratorio de investigación cuántica más destacado de los Países Bajos. Allí, alrededor de 350 científicos, representantes de la industria europea y emisarios de empresas tecnológicas globales con sede en EE. UU. Como Google, Lockheed Martin y Microsoft, elaboraron las prioridades del proyecto. “La organización y la forma del buque insignia aún deben definirse”, dice Anouschka Versleijen, científico de materiales y director de programas de QuTech. “Pero la pelota se puso a rodar”.

En Amsterdam, las posibles tecnologías cuánticas debatidas fueron mucho más allá de los sospechosos habituales: encriptación irrompible, un Internet inquebrantable y computación que puede resolver problemas que tomaría 100 años en resolver las máquinas actuales. Las nuevas tecnologías incluyen simulación cuántica, sensores cuánticos, imágenes cuánticas, relojes cuánticos y software y algoritmos cuánticos.

En la simulación cuántica, las computadoras cuánticas especialmente diseñadas realizarían modelos de materiales a nivel de mecánica cuántica, lo que sería poco práctico en las computadoras clásicas actuales. Las simulaciones dilucidarían las finas estructuras de los superconductores y mapearían reacciones químicas complejas para predecir si un material recién diseñado sería estable.

Los sensores cuánticos y las imágenes cuánticas serán especialmente útiles en medicina. Por ejemplo, permitirán nuevas formas de detectar el campo magnético del corazón, lo que podría diagnosticar y distinguir con mayor precisión las enfermedades del corazón. “Podrá obtener imágenes de cosas que nunca antes pudimos ver”, dice Mark Everitt, un físico que se enfoca en la ingeniería cuántica en la Universidad de Loughborough, en Inglaterra.

Los relojes cuánticos, que rastrean las vibraciones de un solo átomo para proporcionar una precisión casi inimaginable, servirán para una amplia gama de propósitos, incluidas mediciones precisas del potencial de gravedad local y el tiempo de precisión de las transacciones financieras, dice Helen Margolis, del National Physical del Reino Unido. Laboratorio. Ella informa que lo mejor de estos relojes cuánticos podría hacerse tan preciso que ganarían o perderían no más de 1 segundo cada 30 mil millones de años.

Los nuevos algoritmos cuánticos podrían permitir que las computadoras cuánticas procesen datos a una velocidad mucho más alta, permitiendo búsquedas en bases de datos, aprendizaje automático y reconocimiento de imágenes con una velocidad sin precedentes. Hacer uso de tales algoritmos podría ser más fácil para una gama más amplia de codificadores debido a los compiladores cuánticos en los que Microsoft y otros están trabajando.

Con un conjunto de tecnologías potencialmente valiosas en el futuro, ¿por qué Europa no entró todo antes? Según Zeilinger, una parte del problema estaba en la comunicación entre científicos e ingenieros. Parte de la rareza de la teoría cuántica desalienta a los ingenieros, dice. “Este es un viejo problema en Europa: la industria en Europa es más escéptica que en Estados Unidos, aunque ahora está perdiendo parte de su escepticismo”, dice.

Everitt está de acuerdo. Muchas áreas de la mecánica cuántica ya no son problemas de la física; ahora son problemas de ingeniería, argumenta. “Para estas áreas, veremos un gran progreso que conducirá a nuevos productos”.
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