Nel 2012, seduto in una piscina calda, il fisico Seth Lloyd ha proposto un'applicazione Internet quantistica ai creatori di Google, Sergey Brin e Larry Page. Lo chiamava Quoogle: un motore di ricerca che utilizza la matematica basata sulla fisica delle particelle subatomiche e mostra i risultati senza conoscere le query stesse. Un tale salto richiederebbe un tipo di memoria completamente nuovo: la cosiddetta QAMM, o memoria quantistica ad accesso casuale.
Sebbene l'idea abbia incuriosito Brin e Page, l'hanno abbandonata, ha detto Lloyd a "Gizmodo". Secondo lui, gli hanno ricordato che il loro modello di business si basa sul sapere tutto di tutti.
Ma KOSU, come idea, non è morto. I computer moderni ricordano bene le informazioni in miliardi di bit, cifre binarie uguali a zero o uno. La RAM, o memoria ad accesso casuale, memorizza le informazioni per un breve periodo su chip di silicio, assegnando a ciascuna informazione un indirizzo specifico, a cui è possibile accedere in modo casuale e in qualsiasi ordine per fare riferimento a tali informazioni in un secondo momento. Ciò rende il computer molto più veloce, consentendo al tuo laptop o telefono cellulare di accedere immediatamente ai dati memorizzati nella RAM, spesso utilizzata dalle applicazioni, invece di cercarli nell'archivio, che è molto più lento. Ma in futuro, i processori per computer potrebbero essere soppiantati o potenziati da processori per computer quantistici, macchine in grado di incorporare database giganti.apprendimento automatico e intelligenza artificiale. I computer quantistici sono ancora una tecnologia nascente, ma se saranno mai in grado di eseguire questi algoritmi potenzialmente redditizi, avranno bisogno di un modo completamente nuovo di accedere alla RAM. Avranno bisogno di un CORPO.
"KRAM può essere una fantastica applicazione che rende immediatamente utili i dispositivi quantistici di Google e IBM", ha detto Lloyd a Gizmodo.
I computer classici come ThinkPad, Iphone e i supercomputer più potenti eseguono tutte le loro operazioni traducendo i dati in una o più combinazioni di bit, zeri e uno. I bit interagiscono tra loro, producendo alla fine un'altra combinazione di zero e uno. I computer quantistici producono anche il risultato finale sotto forma di uno e zero. Ma mentre il conteggio procede, i loro bit quantistici, o qubit, comunicano tra loro in un modo nuovo, attraverso le stesse leggi della fisica che governano gli elettroni. Invece di essere zero o uno, ogni qubit può essere entrambi quando si conta, utilizzando un'equazione matematica che crittografa la probabilità di ottenere zero o uno solo quando si verifica il suo valore. Diversi qubit utilizzano equazioni più complesse,che si riferiscono a valori di qubit come singoli oggetti matematici. Il risultato è una o più stringhe binarie possibili, il cui valore finale è determinato dalle probabilità nelle equazioni.
Questo strano approccio matematico - i qubit rimangono equazioni finché non li calcoli, e poi sembrano di nuovo bit, ma i loro valori possono includere anche un elemento di casualità - ti consente di risolvere problemi tradizionalmente difficili per i computer. Una di queste sfide è la scomposizione di grandi numeri in numeri primi, che rompe gli algoritmi utilizzati per archiviare grandi quantità di dati crittografati - uno sviluppo che può essere "catastrofico" per la sicurezza informatica. Può anche fungere da nuovo modo per elaborare set di dati di grandi dimensioni, come quelli utilizzati nell'apprendimento automatico (come i sistemi avanzati di riconoscimento facciale).
I computer quantistici non sono ancora migliori dei computer convenzionali. IBM offre a scienziati e imprenditori l'accesso a un processore funzionante da 20 qubit e Rigetti a un processore da 19 qubit, mentre i supercomputer tradizionali possono simulare potenze quantistiche fino a 50 qubit. Nonostante ciò, il fisico John Preskil ha recentemente annunciato che la tecnologia sta entrando in una nuova era in cui i computer quantistici saranno presto utili per più che divertenti esperimenti di fisica. Il governo degli Stati Uniti prende sul serio le tecnologie quantistiche a causa della loro importanza per la sicurezza informatica e molti fisici e programmatori stanno cercando nuove nicchie per loro.
Molti ricercatori sperano anche di trovare applicazioni per computer quantistici nello sviluppo dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico utilizzando algoritmi quantistici. Tali algoritmi sono complessi e coinvolgono una quantità significativa di informazioni, quindi richiedono un'alternativa quantistica alla RAM: qRAM.
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La Quantum RAM non è costituita da miliardi di bit memorizzati in più qubit. Invece, è un modo per i computer quantistici di applicare le loro operazioni quantistiche a grandi elenchi di dati trovati in problemi di apprendimento automatico. In definitiva, la RAM normale è composta dai dati che i programmi devono eseguire e i programmi possono accedervi specificando l'indirizzo dei bit - allo stesso modo è possibile ottenere la somma delle celle digitando (A2 + B2) invece di digitare numeri ogni volta. manualmente. Gli algoritmi quantistici dovranno accedere alla normale memoria ad accesso casuale a livello quantistico - nel senso più primitivo, creano una sovrapposizione in cui la cella è sia A2 che B2 allo stesso tempo, e solo allora, dopo che il calcolo è completato, mostra il valore di A2 o B2. Non c'è nulla di quantistico nella memoria in quanto tale: il quantico è il modo in cui la accedi e la usi.
In effetti, se hai molti dati memorizzati - come, ad esempio, nei database per l'addestramento dei chatbot - allora potrebbe esserci un algoritmo quantistico che può fare più di un normale computer quando si tratta di cercare tra i dati o un messaggio di qualcosa di importante. … Questo può essere molto redditizio sia per il settore finanziario che per aziende come Google e, ovviamente, richiederà RAM quantistica.
Un articolo su QRAM, scritto da Lloyd e dal suo team dieci anni fa, descriveva un modo per accedere solo a quegli indirizzi in memoria necessari per la sovrapposizione, usando qualcosa che chiamavano "catena del fuoco quantico". Fondamentalmente, poiché ogni indirizzo nella RAM è solo una sequenza di bit, può essere pensato come un albero ramificato, in cui ogni qubit è un puntatore che dice al computer di girare a sinistra oa destra. Funziona anche nei computer convenzionali, ma un computer quantistico con solo due scelte inevitabilmente intreccerà percorsi extra ad ogni svolta, portando infine a uno stato quantistico incredibilmente ampio e fragile che può facilmente disintegrarsi in un ambiente non quantistico. Lloyd e i suoi colleghi hanno proposto una struttura ad albero,in cui ogni ramo viene tenuto automaticamente in modalità standby, consentendo al computer di spostarsi solo sul ramo destro o sinistro (lato) per accedere alla memoria desiderata senza intrappolare informazioni non necessarie. La differenza è di natura abbastanza tecnica, ma è progettata per ridurre in modo significativo la potenza richiesta per risolvere questo tipo di problema nell'apprendimento automatico.
"La maggior parte degli algoritmi utilizzati nella ricerca richiedono un qualche tipo di memoria quantistica", ha commentato Michelle Mosca, una scienziata dell'Università di Waterloo in Canada che ha anche studiato la memoria quantistica, per Gizmodo. "Tutto ciò che riduce il costo della RAM quantistica applicata può anche ridurre drasticamente il tempo prima dell'avvento dei computer quantistici di tutti i giorni".
Ma siamo ancora in una fase molto, molto precoce nello sviluppo della programmazione quantistica. Oggi, il modo in cui i vecchi computer ricordano le informazioni sembra quasi ridicolo. La RAM consisteva in anelli magnetici collegati da fili, in cui ogni anello corrispondeva a un bit, e l'orientamento del campo magnetico nella bobina rappresentava il suo significato. Il primo computer americano disponibile in commercio, UNIVAC-I, era noto per la memorizzazione dei dati convertendo gli impulsi elettrici in onde sonore utilizzando mercurio liquido. Quella memoria non aveva accesso casuale: non era possibile ottenere i dati desiderati in qualsiasi momento, ma solo nell'ordine in cui erano stati memorizzati. Ed era considerata una tecnologia all'avanguardia.
"Era un'opera d'arte", ha spiegato Chris Garcia, curatore del Computer History Museum. "A quel tempo hanno provato tutto il possibile e speravano che un po 'avrebbe funzionato". A quel tempo, tali soluzioni erano superiori a tutte le precedenti. Oggi i computer immagazzinano la memoria su microchip fatti di un materiale speciale chiamato "semiconduttori", che è diventato possibile non solo grazie al progresso della scienza, ma anche grazie ai processi che hanno reso lo stoccaggio del silicio molto più economico rispetto all'archiviazione da minuscole bobine magnetiche.
Come sarà la memoria quantistica? Molto probabilmente non nel modo in cui Lloyd e colleghi lo immaginavano. Alla conferenza dello scorso anno, i fisici hanno scherzato sul fatto che il campo dell'informatica quantistica potrebbe trasformarsi in un altro analogo delle vasche di mercurio liquido. Sicuramente avremo nuovi progressi tecnologici e matematici che ottimizzeranno i computer ei loro metodi di memorizzazione delle informazioni.
Lloyd era d'accordo con questo. "Mi piacerebbe vedere qualcuno diffondere la nostra idea", ha detto. "Se potessimo tradurre le informazioni ordinarie in uno stato quantistico, questa sarebbe una straordinaria applicazione dei computer quantistici a breve termine". Dopo tutto, i computer sono qualcosa di più della semplice capacità di eseguire algoritmi fantasiosi. Consentono di utilizzare questi algoritmi per elaborare e organizzare i dati per creare qualcosa di utile.
E forse un giorno useremo davvero Google quantistico.
Ryan F. Mandelbaum
