Quanto fa il calcolo quantistico? | Gli scienziati rispondono | Scienza

È difficile rispondere alla domanda titolare perché il calcolo quantistico è ancora in fase di sviluppo. Per avere un’idea, ciò che abbiamo per ora sono piccoli computer quantistici e con molti errori. Non abbiamo ancora un computer quantistico tollerante ai guasti, ovvero è in grado di eseguire operazioni in cui ci fidiamo del 100% e ci consentiamo di risolvere in modo efficiente problemi pertinenti.

Si verificano errori perché la natura quantistica è molto fragile. Gli stati quantici consistono in una sovrapposizione di stati (ad esempio, diverse posizioni) e, al momento che interagiscono con l’ambiente, perdono tale sovrapposizione, il che implica che le informazioni che avevano scompaiono. Pertanto, i sistemi quantistici che possiamo controllare sono piccoli e devono essere a una temperatura molto bassa. L’origine del principale dispendio energetico del calcolo quantistico oggi deriva dal mantenimento di questi sistemi abbastanza freddo, molto vicino a 0 sistemi assoluti (circa -273ºC) e di controllo che vengono utilizzati per stabilizzare gli stati quantici. Ma qual è l’esecuzione delle operazioni quantistiche stessa richiede praticamente la stessa energia di un computer classico attuale.

Anche in queste condizioni, gli stati quantici rimangono fragili, quindi abbiamo bisogno di ciò che chiamiamo correzione degli errori. Questa correzione degli errori viene eseguita aggiungendo di più Cubitiche sono l’equivalente quantistico del calcolo convenzionale, in modo che una parte di quei cubiti venga usata per correzione di coloro che hanno lo scopo di calcolare. Ne hai bisogno di molti Cubiti Fisico per un singolo cubo logico.

Nel momento in cui superamo questo ostacolo tecnologico, possiamo risolvere i problemi che un computer classico non può risolvere, quindi non avrebbe senso confrontare il dispendio energetico di uno e l’altro. Consuma ciò che consuma, il quantum sarà molto più efficiente nel senso che risolverà problemi impossibili per un computer classico. Se ora metti un computer quantistico per risolvere qualsiasi problema semplice, spendi molto più di quello convenzionale, ma il quantum non verrà utilizzato per tali problemi. Sarebbe come se fingessi di usare un focus da uno stadio di calcio per illuminare il tuo salotto.

Nonostante tutte queste considerazioni, posso darti cifre. Un laptop può avere un potere di circa 60 watt. E il potere è proporzionale all’energia che spende. 60 watt è la potenza tipica di un bulbo di filamento di quelli vecchi. Se guardiamo al quantum, si troverebbe in circa 20 kilowatt, cioè 20.000 watt (il numero esatto dipende dall’implementazione fisica, poiché ci sono diverse tecnologie in via di sviluppo). Ciò significa che se lo mettessi per risolvere un problema e ci vuole un’ora, un laptop spenderebbe 60 watt-energia di energia e se lo facessi in un Quantum, considererei 20.000 camere da watt. Il Quantum spende molto di più. Ma, inoltre, nei test che sono stati eseguiti, il quantum richiede molto di più per risolvere un problema semplice rispetto al computer classico perché il quantum non è ancora ottimizzato. In questo momento non sono nulla di efficiente, ma lo saranno.

Un altro problema interessante è che, con un computer classico, la capacità di calcolo aumenta linearmente con l’aumento del numero di processori, ovvero se si mette il doppio dei processori, avrai il doppio della capacità di calcolo. Ma in un computer quantistico, la capacità cresce esponenzialmente: se hai cinque cubiti puoi gestire 25 stati, ma con dieci cubiti hai 210. La differenza è brutale. Per utilizzare tutto questo potenziale avremo bisogno di algoritmi specifici.

Per rispondere alla tua domanda, quello che posso dirti è che quando abbiamo ottimizzati computer quantistici, cioè tollerante agli errori e con sistemi di raffreddamento e controllo più efficienti, il suo consumo non limiterà.

María José Calderón Prieto È un medico in scienze fisiche, ricercatore scientifico presso il Material Science Institute del CSIC e direttore del Master UIMP-CSIC nelle tecnologie quantistiche.

Coordinamento e scrittura: Victoria Toro.

Domanda inviata da Omar Carrillo.

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