Cos’è il calcolo quantistico?

Quando il fisico americano Teodoro Harold Maiman Sviluppato e brevettato Il primo laser nel 1960, è stato accolto dalla comunità scientifica come una “soluzione in attesa di un problema”. Solo un anno dopo, il problema è sorto e lui è stato utilizzato per operare un tumore all’occhio. Oggi è presente in tutti i settori, dalle tecnologie di deflessione dei fulmini alle reti di telecomunicazioni, all’industria militare o all’intrattenimento. con il Statistiche quantitative Succede qualcosa di simile. Non è ancora possibile parlare di un computer quantistico potente e fault-tolerant, ma l’adesione a questo sistema è ferma e le principali aziende che sviluppano tecnologia quantistica (Google, IBM, Intel, Amazon e Microsoft, tra gli altri) offrendo i propri servizi per ampliare il proprio raggio di utilizzo, favorendo lo sviluppo di applicazioni e tecnologie, essendo presenti quando emerge il mercato, che sarà presto, in questo decennio, se le migliori aspettative saranno soddisfatte. Informatica quantistica davvero Ha usi nella ricerca medica, farmacologia, industria, finanza, chimica e fisica..

Google. Ha un team che ha firmato alcuni importanti sviluppi nel campo (Intelligenza artificiale quantistica di Google) ha sviluppato diverse versioni Sycamore, un processore programmabile che può eseguire algoritmi di simulazione fisica e chimica, nonché applicazioni nell’apprendimento automatico generativo, tra gli altri campi. Google forma specialisti affinché lavorino con questi processori e le applicazioni sono realizzate in open source (fonte aperta). “Abbiamo sviluppato un simulatore, quindi chiunque può provarci Nostra posizione, fare clic su un collegamento e avviare la programmazione. Tutto questo, al momento, è open source e gratuito per incoraggiare lo sviluppo di applicazioni in tutti i paesi”, spiega Sergio Boixo, fisico spagnolo membro del gruppo di ricerca sull’intelligenza artificiale quantistica (AI) di Google.

Per il quale è stato utilizzato il processore Google Sycamore La prima simulazione quantistica di un wormholepubblicato in natura Per verificare che “le proprietà di un sistema quantistico corrispondano a quanto ci si aspetterebbe da un sistema gravitazionale”, secondo Maria Spiropolo, fisica del California Institute of Technology (Caltech).

Inoltre, i professori di chimica della Columbia University David Richman e Junhoe Lee, insieme ai ricercatori di Google Quantum AI, hanno utilizzato 16 Sycamore qubit per trovare lo stato energetico più basso di una molecola (natura). “Questi sono i più grandi calcoli di chimica quantistica mai eseguiti su un dispositivo reale”, afferma Reichmann.

Da parte loro, gli scienziati dell’Università tecnica di Monaco (TUM) e dell’Università di Nottingham hanno simulato stati quantistici della materia (Scienze). I processori quantistici, a breve termine, rappresenteranno Una piattaforma ideale per esplorare la fisica della materia. Nel prossimo futuro, promettono di risolvere problemi che i supercomputer classici di oggi non possono raggiungere, afferma Frank Pullman, professore alla TUM.

IBM. La multinazionale ha Rete quantitativa IBM In questo modo clienti e partner possono accedere al calcolo quantistico di questa azienda, che è già in esecuzione su Condor, che sarà il primo processore al mondo di oltre 1.000 qubit. Qiskit, la comunità quantitativa di software open source di IBM, ha 1,8 milioni di download per lo sviluppo di applicazioni. “Già più di 200 organizzazioni, dalle grandi aziende ai laboratori, alle università e ai partner strategici in tutto il mondo, sono sulla Quantum Network”, afferma Dario Gil, vicepresidente IBM e direttore di IBM Research, che sviluppa l’informatica. L’importo di questa società. Tra questi ci sono Boeing per la ricerca di nuovi materiali, BP per l’efficienza energetica o Daimler per lo sviluppo delle batterie.

Clinica Cleveland E IBM ha implementato il primo computer quantistico nel settore medico privato negli Stati Uniti. L’attuale ritmo della scoperta scientifica è inaccettabilmente lento, mentre le nostre esigenze di ricerca stanno crescendo in modo esponenziale. Non possiamo passare un decennio o più passando da un’idea di ricerca in laboratorio a trattamenti sul mercato. Quantum offre un futuro per trasformare questo tempo, in particolare in Scoperta di farmaci e apprendimento automaticoLara Gehi, direttrice delle informazioni di ricerca presso l’ente medico, conferma.

Boyan GimiIl fisico del City College di New York ha utilizzato i computer quantistici di IBM per studiare e prevedere come si evolverà nel tempo lo stato di un gran numero di particelle quantistiche interagenti. “Il nostro algoritmo di calcolo quantistico apre un nuovo modo per studiare le proprietà dei materiali risultanti da forti interazioni tra elettroni. Di conseguenza, potrebbe guidare la ricerca di materiali utili, come i superconduttori ad alta temperatura”, spiega Gemi, la cui ricerca è pubblicato in Lettere di revisione fisica.

Guillermo García-Pérez, fisico dell’Università di Helsinki, in collaborazione con IBM, pubblicato su PRX QuantumFormula Ridurre il numero di operazioni computazionali necessarie per leggere i dati archiviati nello stato del processore quantistico. “Otteniamo il massimo da ogni campione combinando tutti i dati prodotti. Allo stesso tempo, adeguiamo la misurazione per produrre stime altamente accurate. Mettendo insieme questi componenti, possiamo ridurre il tempo di esecuzione previsto di diversi ordini di grandezza.” spiega García-Pérez.

Intel. Dopo aver lanciato la sua versione beta nel settembre 2022, Intel Quantum ha rilasciato la versione 1.0 del suo Software Development Kit (SDK) a febbraio, disponibile sul cloud per sviluppatori Intel. L’SDK, secondo l’azienda, è un computer quantistico anche nella simulazione Può eseguire algoritmi classici quantistici misti. Intel Quantum Simulator (IQS) è in grado di ospitare 32 qubit su un singolo nodo e più di 40 su più nodi.

Intel Quantum SDK aiuta gli sviluppatori a prepararsi per i computer quantistici commerciali su larga scala del futuro. ha affermato Anne Matsuura, direttore dell’ingegneria quantistica e delle applicazioni di Intel. laboratori.

Il Deggendorf Institute of Technology Munich SDK è stato utilizzato per esplorare la dinamica dei fluidi nei problemi di idrodinamica e aerodinamica. Indaga anche casi d’uso quantitativi per la riduzione del rumore dell’immagine e la generazione fotorealistica, oltre a risolvere problemi di ricerca non strutturata, apprendimento automatico, simulazione dei materiali e astrofisica. “Intel Quantum SDK è un punto di svolta nello sviluppo quantistico perché consente allo sviluppatore di lavorare a un livello più vicino a hardware Per fare un uso migliore delle risorse”, afferma Yaknan Jumbo, uno studente laureato presso il Deggendorf Institute of Technology.

Intel sta collaborando con altre quattro università per sviluppare programmi di studio ed espandere l’uso dell’informatica quantistica nel mondo accademico: Penn State, Keio, Ohio e Penn State.

Microsoft. Azzurro Quantum La piattaforma di cloud computing quantistico di Microsoft. Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA utilizza la tecnologia quantistica di questa multinazionale Esplora i modi per comunicare in modo più efficiente con i veicoli spaziali attraverso il Rete spaziale profonda (DSN), Una rete globale di grandi antenne radio situate in California, Spagna e Australia.

Viene utilizzato anche in campo medico. “Algoritmi migliorati ispirati ai quanti stanno già risolvendo i nostri difficili problemi e Consentire alla risonanza magnetica di essere più veloceEconomico ed efficace”, spiega il radiologo Mark Griswold.

E nel settore. Per Patrick Ellis, direttore di Ford Research, il vantaggio quantitativo risiede nella sua capacità di fornire soluzioni in “aree problematiche, dove risiede davvero il valore”.

Servizi Web Amazon. Dopo 17 anni, Amazon Web Services (AWS) ha più di 200 servizi di elaborazione completi, da 99 zone di disponibilità in 31 aree geografiche, inclusa la regione dell’infrastruttura AWS di recente apertura in Spagna con diversi data center. A queste regioni si uniranno Canada, Israele, Malesia, Nuova Zelanda e Tailandia.

Quattro anni fa ha fondato Staffa Amazon, è stato creato per accelerare la ricerca scientifica e l’informatica. Si tratta di un servizio completamente gestito che consente l’utilizzo di diversi computer e simulatori quantistici. Inoltre, hanno un team di supporto (Amazon Quantum Solutions Lab) e due centri di ricerca di calcolo e networking (AWS Center for Quantum Computing e AWS Center for Quantum Networks).

Dallo scorso settembre, l’Università di Harvard e Amazon Web Services hanno mantenuto un file Alleanza strategica Per la ricerca e l’innovazione nelle reti con l’obiettivo di sviluppare metodi e tecnologie di base per l’internet quantistico. Alan M. Garber, presidente dell’Università di Harvard, afferma che “l’azione congiunta dell’accademia e dell’industria può accelerare la scoperta e il progresso tecnologico”.

L’Università di Harvard ha una serie di gruppi di ricerca dedicati ai problemi dell’informazione quantistica e, in particolare, nel campo delle reti quantistiche, hanno alcuni dei gruppi più sviluppati negli Stati Uniti. È un metodo di collaborazione che troviamo molto fruttuoso e in tre aspetti principali: ricerca, perché c’è ancora molto da fare, finanziamento di attrezzature e sviluppo professionale e formazione degli studenti, spiega Antea Lamas Linares, Head of Quantum Networks presso AWS.

Il produttore BMW collabora con AWS per analizzare i movimenti automatizzati in un impianto di produzione o nel gruppo di investment banking Goldman Sachs. I suoi servizi nella ricerca farmaceutica sono stati utilizzati anche per migliorare le sperimentazioni cliniche e ridurre i costi.

I suoi servizi sono utilizzati anche dalla società francese Pasqal, che ha sviluppato il software di simulazione chimica QUBEC, e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che sta cercando applicazioni nella fisica delle alte energie e nella fisica fondamentale. A partire da febbraio di quest’anno, AWS possiede il computer Lucy, un computer quantistico a otto qubit di Oxford Quantum Circuits, che prende il nome dalla pioniera tedesca della meccanica quantistica Lucy Mensing.

Spagna. Verranno installati i primi computer quantistici Centro di supercalcolo di Barcellona – Centro nazionale per il supercalcolo (BSC-CNS) come parte del Supercomputing Consortium Impegno congiunto europeo per il calcolo ad alte prestazioni (EuroHPC JU). Inoltre, lo scorso anno, 13 entità spagnole hanno avviato il progetto CUCO per studiare l’uso e l’applicazione del calcolo quantistico in cinque settori strategici: energia, finanza, aerospaziale, difesa e logistica.

Entro il prossimo anno, IBM implementerà il suo primo centro di calcolo quantistico a San Sebastian, fornendo servizi Qiskit Runtime alla regione del Quantum System One a 127 qubit.

Tra le iniziative private che sono durate più anni c’è stato il ricorso alla Banca Spagnola BBVAche ha analizzato varie tecniche quantistiche e classiche per Ottimizza il processo di ottimizzazione dei portafogli di investimento con i dati di mercato, come indicato Fisica quantistica. Dal 2018, l’istituto finanziario ha collaborato a progetti quantitativi con aziende ed enti come IBM, Fujitsu, Accenture, Zapata e il Centro superiore per la ricerca scientifica (CSIC).

IESE Business School, Business School dell’Università di Navarra, utilizza il calcolo quantistico nelle sue classi per aiutare gli studenti a risolvere problemi aziendali reali.

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