Explicació: Què és la supremacia quàntica? - De Novembre 2022

La supremacia quàntica és una fita que s'ha buscat durant molt de temps a la informàtica, i ara Google ha anunciat que l'ha assolit. Una ullada a la ciència darrere del concepte, i què es va aconseguir realment i quant queda.

Explicació: Què és la supremacia quàntica en informàtica, aconseguida per Google?Un component de l'ordinador quàntic de Google al laboratori de Santa Barbara, Califòrnia, EUA. (Foto via Reuters)

Aquesta setmana, Google va anunciar que ha aconseguit un avenç anomenat supremacia quàntica en informàtica. Què vol dir això i per què és important?



Aleshores, què és la supremacia quàntica?

És un terme proposat l'any 2012 per John Preskill, professor de física teòrica a l'Institut Tecnològic de Califòrnia. Descriu el punt en què els ordinadors quàntics poden fer coses que els ordinadors clàssics no poden fer. En el cas de Google, investigadors de la Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara, han afirmat haver desenvolupat un processador que va trigar 200 segons a fer un càlcul que hauria trigat un ordinador clàssic 10.000 anys.





Però què és un ordinador quàntic?

Els nostres ordinadors tradicionals funcionen sobre la base de les lleis de la física clàssica, concretament utilitzant el flux d'electricitat. Un ordinador quàntic, en canvi, pretén explotar les lleis que regeixen el comportament dels àtoms i les partícules subatòmiques. A aquesta petita escala, moltes lleis de la física clàssica deixen d'aplicar-se i entren en joc les lleis úniques de la física quàntica.

Desenvolupar un ordinador d'aquest tipus ha estat un objectiu dels científics durant gairebé quatre dècades. L'any 1981, el físic Richard Feynman va escriure: Intentar trobar una simulació per ordinador de la física em sembla un programa excel·lent a seguir... La natura no és clàssica... i si voleu fer una simulació de la natura, millor que ho feu. fes-ho mecànic quàntic, i per merda és un problema meravellós, perquè no sembla tan fàcil.



Quina diferència faria una simulació així?

Es tracta de la velocitat de processament. Vegem com un ordinador clàssic processa la informació. Els bits d'informació s'emmagatzemen com a 0 o 1. Cada cadena d'aquests dígits (cadenes de bits) representa un caràcter o una instrucció únics; per exemple, 01100001 representa la a minúscula.


quant val superhead

En un ordinador quàntic, la informació s'emmagatzema en bits quàntics o qubits. I un qubit pot ser 0 i 1 alhora. La física quàntica implica conceptes que fins i tot els físics descriuen com a estranys. A diferència de la física clàssica, en què un objecte pot existir en un lloc alhora, la física quàntica analitza les probabilitats que un objecte estigui en diferents punts. L'existència en estats múltiples s'anomena superposició, i les relacions entre aquests estats s'anomena entrellaçament.



Com més gran sigui el nombre de qubits, més gran serà la quantitat d'informació emmagatzemada en ells. En comparació amb la informació emmagatzemada en el mateix nombre de bits, la informació en qubits augmenta exponencialment. Això és el que fa que un ordinador quàntic sigui tan potent. No obstant això, tal com va escriure Preskill de Caltech el 2012, construir maquinari quàntic fiable és un repte a causa de la dificultat de controlar els sistemes quàntics amb precisió.

Explicació: Què és la supremacia quàntica en informàtica, aconseguida per Google?Sundar Pichai amb un dels ordinadors quàntics de Google al laboratori de Santa Barbara, Califòrnia, EUA. (Foto via Reuters)

Això és el que ha aconseguit Google?

Els investigadors van demostrar de què és capaç un ordinador quàntic. Van construir una arquitectura de 54 qubits amb Sycamore, l'ordinador quàntic de Google. Tot i que un d'aquests no va funcionar, els altres 53 qubits es van enredar en un estat de superposició.



L'equip va compondre una seqüència aleatòria d'unes 1.000 operacions. Cada vegada que executaven aquest algorisme aleatori, l'ordinador quàntic produiria una cadena de bits.

Ara, algunes cadenes de bits tenen més probabilitats de produir-se que d'altres, i és possible identificar quines són més probables. Tanmateix, com més complex era el circuit quàntic aleatori, més difícil era per a un ordinador clàssic identificar les cadenes de bits més probables, i la dificultat va créixer de manera exponencial. La supremacia es va aconseguir quan van demostrar que el processador quàntic només va trigar 200 segons a calcular un algorisme aleatori súper complex, mentre que el superordinador més ràpid hauria trigat 10.000 anys, va dir Google en un correu electrònic.




jessy schram es va casar

Llegeix també | Supremacia quàntica en informàtica: prova feta, ús del món real molt lluny

Aleshores, de què serveix això?

Cap, pel que fa a les aplicacions pràctiques. La tasca realitzada no és molt important per a aquesta fita; es tracta molt més del fet que la fita va passar en primer lloc, va dir el correu electrònic de Google. Va citar els germans Wright com a analogia: perquè demostressin que l'aviació és possible, no importava tant cap a on anava l'avió, cap a on enlairava i aterrava, sinó que pogués volar.



Tothom està convençut?

IBM ha contestat l'afirmació de Google que el seu càlcul quàntic no podria ser realitzat per un ordinador tradicional. En una publicació al bloc, IBM ha afirmat que el càlcul descrit pels investigadors de Google es podria aconseguir amb un ordinador existent en menys de dos dies i mig, no en 10.000 anys.

Per cert, el mateix IBM va reclamar un avenç de la computació quàntica dijous. Els seus investigadors van fer un gran avenç en el control del comportament quàntic dels àtoms individuals, demostrant un nou bloc de construcció versàtil per a la computació quàntica, va dir IBM al seu lloc web. El document es publica a la revista Science. La investigació de Google apareix a Nature.

No et perdis Explained | Dushyant Chautala: vell més enllà de la seva edat, aquest 'buda' de 31 anys connecta amb tothom

Què després?

Els científics busquen millorar el seu treball, incloent detectar i corregir errors. La Universitat de Califòrnia, Santa Bàrbara, va assenyalar que la investigació ja ha aconseguit una eina molt real per generar números aleatoris. Els números aleatoris poden ser útils en diversos camps, inclosa la protecció de claus xifrades per al desxifrat, que podria ser un problema potencialment espinós per als governs.


valor net de Peter Dinklage 2019

Els ordinadors quàntics algun dia podrien donar lloc a grans avenços en la investigació científica i la tecnologia. Entre les àrees que es poden guanyar hi ha la intel·ligència artificial i les noves teràpies farmacològiques. Tot això, però, queda molt lluny.