▷ Què és un processador quàntic i com funciona?

Molt us estareu preguntant Què és un processador quàntic i com funciona? En aquest article ens endinsarem en aquest món i intentarem aprendre més d'aquest estrany ser que potser algun dia formarà part dels nostres bonics xassís RGB, quàntics clar.

Índex de continguts

Com tot en aquesta vida, o t'adaptes o mors. I és precisament el que passa amb la tecnologia i no precisament en un rang de milions d'anys com els éssers vius, sinó en qüestió d'anys o mesos. La tecnologia avança a un ritme vertiginós i les grans companyies no para de innovar en els seus components electrònics. Més potència i menys consum per protegir el medi ambient, són les premisses que avui dia estan de moda. Hem arribat a un punt en què la miniaturització dels circuits integrats està arribant gairebé a el límit físic. Intel diu que serà 5 nm, més enllà d'això no hi haurà Llei de Moore que valgui. Però una altra figura cobra força, i és el processador quàntic. En breu comencem a explicar-vos totes les seves bondats.

Amb IBM com a precursor, importants companyies com Microsoft, Google, Intel i la NASA ja es troben enaltits en una lluita per veure qui és el que aconsegueix construir el processador quàntic més fiable i potent. I és que segurament serà el futur pròxim. Veiem de què tracta tots est de l'processador quàntic

Per què necessitem un processador quàntic

Els processadors actuals estan basats en transistors. Mitjançant una combinació de transistors es construeixen portes lògiques que permeten processar els senyals elèctrics que flueixen per elles. Si unim una sèrie de portes lògiques obtindrem un processador.

El problema està llavors en la seva unitat bàsica, els transistors. Si miniaturizamos aquests, podrem col·locar més en un mateix lloc proporcionant més potència de processament. Però clar, hi ha un límit físic en tot això, quan vam arribar transistors tan petits que són de l'ordre de nanòmetres, ens trobem amb problemes perquè els electrons que circulen en el seu interior ho facin correctament. Hi ha la possibilitat que aquests se surtin del seu llit, xoquin amb altres elements dins de l'transistor i produeixin fallades en cadena.

I aquest és precisament el problema, que actualment ja estem arribant al límit de seguretat i estabilitat per fabricar processadors mitjançant transistors clàssics.

computació quàntica

El primer que hem de saber és en què consisteix la computació quàntica, i no és gens senzill d'explicar. Aquest concepte s'allunya del que avui dia coneixem com la computació clàssica, la que utilitza bits, o estats binaris de "0" (0, 5 volts) i "1" (3 volts) d'un impuls elèctric per formar cadenes lògiques d'informació computable.

font uza.uz

La computació quàntica per la seva banda utilitza el terme de qubit o cúbit per referir-se a la informació processable. Un qubit no solament contenen dos estats com el 0 i l'1 sinó que a més és capaç de contenir simultàniament 0 i 1 o 1 i 0, és a dir pot tenir aquests dos estats a el mateix temps. Això implica que no tenim un element que pren valors discrets 1 o 0, sinó que, a el poder contenir tots dos estats, aquest té una naturalesa contínua i dins d'aquesta, determinats estats que seran més i menys estables.

A major quantitat de qubits més informació es podrà processar

Precisament en la capacitat de tenir més de dos estats i de tenir diversos d'aquests a el mateix temps, rau el seu poder. Podríem ser capaços de fer més càlculs simultanis i en un menor temps. A major quantitat de qubits més informació es podrà processar, en aquest sentit s'assembla a les CPU's tradicionals.

Com funciona un ordinador quàntic

El funcionament es basa en les lleis quàntiques que regeixen les partícules que forma el processador quàntic. Totes les partícules tenen electrons a més de protons i neutrons. Si agafem un microscopi i arribem a veure un flux de partícules d'electrons, podríem veure que presenten un comportament semblant a el de les ones. El que caracteritza a una ona és que és un transport d'energia sense que hi hagi transport de matèria, per exemple, el so, són vibracions que no podem veure, però sabem que viatgen per l'aire fins a arribar a la nostra oïda.

Doncs els electrons són partícules que són capaços de comportar-se o bé com una partícula o bé com una ona i això és el que provoca que hi hagi superposició d'estats i es puguin donar 0 i 1 a el mateix temps. És com si es projectaran les ombres d'un objecte, en un angle trobem una forma i en un altre una altra de diferent. La conjunció de les dues, formen la forma de l'objecte físic.

Llavors, en lloc de dos valors 1 o 0 que coneixem com bits, que es basen en voltatges elèctrics, aquest processador és capaç de treballar amb més estats anomenats quants. Un tal com, a més de mesurar el mínim valor que pot prendre una magnitud (per exemple 1 volt), també és capaç de mesurar la mínima variació possible que pot experimentar aquest paràmetre a el passar d'un estat a un altre (per exemple, poder diferenciar la forma d'un objecte mitjançant dues ombres simultànies).

Podem tenir 0, 1 i 0 i 1 a el mateix temps, és a dir bits superposats uns sobre d'altres

Perquè ens quedi clar, podem tenir 0, 1 i 0 i 1 a el mateix temps, és a dir bits superposats uns sobre d'altres. Com més qubits, més bits podrem tenir uns sobre d'altres i llavors més valors podrem tenir simultàniament. D'aquesta manera en un processador de 3 bits, haurem de fer tasques que tinguin un d'aquests 8 valors, però no més d'un a la vegada. en canvi, per a un processador de 3 qubits tindrem una partícula que pot prendre vuit estats alhora i llavors podrem fer tasques amb vuit operacions de forma simultània

Perquè ens fem una idea, la unitat de processador més potent mai creada actualment compta amb una capacitat de 10 teraflops o el que és el mateix 10 bilions d'operacions en coma flotant per segon. Un processador de 30 qubits seria capaç de fer aquesta mateixa quantitat d'operacions. IBM ja tenen un processador quàntic de 50 bits i encara estem en la fase experimental d'aquesta tecnologia. Imaginem fins on podem llegar.Como veus el rendiment és molt superior que en un processador normal. Segons augmenten els qubits d'un processador quàntic les operacions que pot realitzar es multipliquen de manera exponencial.

Com es pot crear un processador quàntic

Gràcies a un dispositiu que sigui capaç de treballar amb estats continus en lloc de tenir només dues possibilitats és possible replantejar problemes que fins ara eren impossibles de resoldre. O també resoldre problemes actuals d'una manera més ràpida i eficient. Totes aquestes possibilitats s'obren amb una màquina quàntica.

Per a "cuantizar" les propietats de les molècules hem de portar aquestes a temperatura properes al zero absolut

Per aconseguir aquests estats no podem utilitzar transistors basats en impulsos elèctrics que a la fi seran o un 1 o un 0. Per a això haurem de mirar més lluny, concretament en lleis de la física quàntica. Haurem d'aconseguir que aquests qubit formats físicament per partícules i molècules siguin capaços de fer una cosa semblant al que fan els transistors, és a dir, aconseguir establir unes relacions entre elles de forma controlada perquè ens ofereixin la informació que volem.

Això és el veritablement complicat i l'assignatura a superar de la computació quàntica. Per a "cuantizar" les propietats de les molècules que formen el processador hem de portar aquestes a temperatura properes al zero absolut (-273, 15 graus centígrads). Perquè la màquina sàpiga diferenciar un estat d'un altre, necessitem aconseguir que aquests siguin diferents per exemple un corrent d'1 V i de 2 V, si col·loquem un voltatge de 1, 5 V la màquina no sabrà que és un o altre. I això és el que s'ha d'aconseguir.

Inconvenients de la computació quàntica

L'inconvenient principal que sembla en aquesta tecnologia és precisament el de controlar aquests diferents estats pels que pot passar-matèria. A l'comptar amb estats simultanis és molt difícil fer càlculs estables mitjançant algoritmes quàntics. A això se li denomina descoherencia quàntica, encara que no entrarem en jardins innecessaris. El que hem d'entendre és que entre més qubits tindrem més estats, ja gran nombre d'estats més velocitat tindrem, però també més difícil de controlar serà els errors en els canvis de la matèria que es produeixin.

És més, les normes que regeixen aquests estats quàntics dels àtoms i les partícules diuen que no podrem observar el procés de computació mentre aquest es produeix, ja que, si interferim en ell, els estats superposats es destruirien per complet.

Us estats quàntics són tremendament fràgils i els ordinadors han d'estar completament aïllats a l'buit ia temperatures properes a l'zero absolut per aconseguir una taxa d'error de l'ordre de l'0, 1%. O els fabricants de refrigeració líquida es posen les piles o ens quedem sense ordinador quàntic per nadal. A causa de tot això, el existiran a el menys a mig termini ordinador quàntics per a usuaris, potser sí que hi pugui haver uns quants d'aquests repartits pel món en les condicions requerides i puguem accedir-hi mitjançant internet.

usos

Amb el seu poder de processament aquests processadors quàntics estaran destinats principalment a el càlcul científic ia resoldre problemes fins a la data irresolubles. La primera de les àrees d'aplicació possiblement sigui la química, precisament per ser el processador quàntic un element basat en la química de partícules. Gràcies a aquest es podria estudiar els estats quàntics de la matèria, a dia d'avui impossibles de resoldre per ordinadors convencionals.

• Et recomanem la lectura dels millors processadors de mercat

Després d'això podria tenir aplicacions per a l'estudi de genoma humà, la investigació de malalties etc. Les possibilitats són enormes i les pretensions reals, de manera que només ens queda esperar. Estarem preparats per a la review de l'processador quàntic!