Informatica quantistica e intelligenza artificiale: 10 cose da sapere

Negli ultimi anni le tecnologie emergenti sono diventate importanti. Tra questi, l’informatica quantistica ha il potenziale singolare per cambiare maggiormente il nostro mondo. L’informatica quantistica ha mostrato prove promettenti per accelerare i calcoli euristici in modo incredibile. Pertanto, l’applicazione dell’informatica quantistica all’interno di soluzioni complesse per affrontare problemi nella scoperta di prodotti farmaceutici e materiali, finanza, applicazioni di veicoli autonomi, intelligenza artificiale e altre aree avrà un impatto significativo sulle nostre vite. In particolare, l’informatica quantistica ha il potenziale per amplificare gli effetti (sia positivi che negativi) di molte applicazioni di intelligenza artificiale.

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“Penso che l’intelligenza artificiale possa accelerare l’informatica quantistica e l’informatica quantistica può accelerare l’intelligenza artificiale”.

– CEO di Google, Sundar Pichai

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Mentre le organizzazioni lavorano per diventare più digitali, tenere a mente le imminenti trasformazioni tecnologiche è fondamentale per una migliore pianificazione e strategia. Grazie a questi progressi tecnologici, le aziende possono trarre vantaggi reali dal calcolo quantistico. Con questo in mente, esploriamo 10 cose di cui dovresti essere a conoscenza quando si tratta del mondo dell'informatica quantistica e dell'intelligenza artificiale.

1. Caratteristiche principali dell'informatica quantistica

Nei cosiddetti computer classici, i bit sono programmati come unità di dati con possibili valori di uno e zero. Nei computer quantistici, le unità di dati sono programmate con bit quantistici:qubit-che può rappresentare uno, uno zero o una combinazione di zero e uno contemporaneamente.

Una buona analogia è l'interruttore della luce, che nei computer classici può avere una posizione acceso o spento. Con i qubit nei computer quantistici, l'interruttore può avere qualsiasi spettro di posizioni dall'accensione allo spegnimento contemporaneamente. La capacità fisica dei qubit porta con sé le due caratteristiche principali dell’informatica quantistica.

• sovrapposizione. Ciò si riferisce alla capacità dei qubit di essere accesi e spenti allo stesso tempo, o da qualche parte in uno spettro compreso tra i due. Questa incertezza e probabilità integrate nell'unità dati rendono il sistema potente nel risolvere determinati tipi di problemi.
• Intreccio. Questa è la capacità dei qubit collegati tra loro di influenzare l'indipendenza reciproca anche se sono fisicamente separati. Pertanto, se abbiamo due qubit e la posizione di uno viene modificata, l'altro viene influenzato anche se i qubit vengono separati. Questa caratteristica conferisce una potente capacità di spostare le informazioni a velocità incredibilmente elevate.

2. Più veloce e migliore

I computer quantistici hanno quattro capacità fondamentali che li differenziano dai computer classici di oggi:

• La scomposizione in fattori primi sfrutta gli spazi multidimensionali per esplorare ampi spazi problematici e potrebbe rivoluzionare la crittografia.
• Ottimizzazione risolvendo problemi grandi/complessi con una velocità senza precedenti.
• Simulazione, in cui i computer quantistici modellano efficacemente problemi complessi.
• Intelligenza artificiale quantistica con algoritmi migliori, più veloci e accurati. Il team di ricerca quantistica di IBM ha scoperto che l’entanglement dei qubit sul computer quantistico che ha eseguito un esperimento di classificazione dei dati ha ridotto della metà il tasso di errore rispetto ai qubit non entangled.

Le applicazioni nel mondo degli affari affronteranno problemi complessi. Per esempio:

• Lo sviluppo farmaceutico richiede la modellazione delle molecole delle sostanze che è notoriamente difficile perché gli atomi nelle molecole interagiscono con altri atomi in modi complessi. La proprietà di entanglement ereditario dei computer quantistici si presta abbastanza bene in questo caso.
• Sfruttare l’intelligenza artificiale quantistica per accelerare i tempi e la precisione dei sistemi di addestramento come quelli dei veicoli autonomi.

Dai servizi finanziari, ai prodotti farmaceutici e medici, alla sanità, all’energia, alle telecomunicazioni, ai media, ai viaggi, alla logistica e alle assicurazioni, per citarne alcuni, sono numerosi i settori che trarranno tutti vantaggi significativi dall’informatica quantistica.

3. Amplificatore di polarizzazione

L'effetto amplificante del calcolo quantistico va oltre la velocità e la precisione. Evidenzia inoltre i pregiudizi insiti nei modelli AI/ML. Pertanto, le applicazioni vulnerabili ai bias algoritmici (ad esempio, nello spazio di screening dell'occupazione, di polizia, ecc.) potrebbero diventarlo ancora di più. In altre parole, l’informatica quantistica potrebbe avere un effetto collaterale negativo amplificante che potrebbe rendere tali applicazioni troppo rischiose per essere utilizzate in assenza di speciali controlli attenuanti. Questo è un effetto involontario che chiunque lavori con l’intelligenza artificiale/informatica quantistica deve riconoscere e tenere conto nelle proprie soluzioni.

4. Maggiore complessità algoritmica, trasparenza e spiegabilità

Un problema centrale attuale dell’intelligenza artificiale è la sua mancanza di trasparenza e spiegabilità, soprattutto quando vengono sfruttati algoritmi complessi come il deep learning. Se un sistema di intelligenza artificiale viene utilizzato per decisioni che hanno un impatto diretto sulla vita, come le decisioni dei tribunali, i benefici sociali per le comunità o anche per decidere chi ottiene un prestito e a quale tasso, è fondamentalmente fondamentale che la decisione possa essere legata a fatti tangibili che nella pratica non sono discriminatori.

Comprensibilmente, l’informatica quantistica su tali sistemi di intelligenza artificiale aumenta la complessità che è correlata negativamente alla trasparenza e alla spiegabilità.

5. Un nuovo standard crittografico

Uno dei principali svantaggi di questa meravigliosa tecnologia è la sua capacità di violare molte delle difese utilizzate per proteggere Internet e altre applicazioni critiche. L’informatica quantistica rappresenta una seria minaccia per i sistemi di sicurezza informatica su cui fa affidamento praticamente ogni azienda. La maggior parte delle password degli account online e delle transazioni e comunicazioni sicure di oggi sono protette tramite algoritmi di crittografia come RSA o SSL/TLS. Lo standard attuale si basa sulla complessità della fattorizzazione di grandi numeri in numeri primi. Tuttavia, questo è un tipo di problema che i computer quantistici sono bravissimi a risolvere. Per violare una password con i nostri standard attuali un computer classico impiegherebbe 100 anni, ma con un computer quantistico può essere realizzato in pochi secondi. Questo impatto va oltre le password degli account personali: include la messa a nudo di comunicazioni private, dati aziendali e persino segreti militari. Per contrastare questo problema, il National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti sta guidando uno sforzo globale per trovare algoritmi di crittografia post-quantistica che siano veloci e affidabili. Dustin Moody, un matematico del NIST che lavora al progetto, ha detto in un incontro sulla crittografia IBM, "Speriamo di avere la versione finale completamente pronta e pubblicata intorno al 2024."

6. Non sostituisce i computer attuali

I computer classici sono migliori in alcune attività rispetto ai computer quantistici (e-mail, fogli di calcolo e desktop publishing, per citare alcune applicazioni). L’intento dei computer quantistici è quello di essere uno strumento diverso per risolvere problemi diversi, non di sostituire i computer classici. Quindi sì, avremo ancora i sistemi informatici come li conosciamo, o una versione di essi come li conosciamo attualmente, per il prossimo futuro.

7. Avvicinarsi al mainstream

Le scoperte della tecnologia quantistica continuano ad accelerare, gli investimenti affluiscono e le startup nel settore dell’informatica quantistica continuano a moltiplicarsi. Grandi aziende tecnologiche come Alibaba, Amazon, IBM, Google e Microsoft hanno già lanciato servizi cloud commerciali di calcolo quantistico.

Sebbene il concetto di calcolo quantistico esista fin dall’inizio degli anni ’1980, la prima vera prova che i computer quantistici potessero gestire problemi troppo complicati per i computer classici si è verificata solo alla fine del 2019, quando Google annunciò che il suo computer quantistico aveva risolto un simile calcolo in soli 200 anni. secondi. Goldman Sachs ha recentemente annunciato che potrebbe introdurre algoritmi quantistici per prezzare gli strumenti finanziari in soli cinque anni. Honeywell prevede che nei prossimi decenni il settore quantistico formerà un’industria da mille miliardi di dollari.

La raffica di attività suggerisce che i CIO e gli altri leader dovrebbero iniziare a formulare le loro strategie di calcolo quantistico, soprattutto in settori, come quello farmaceutico, dove l’impatto sarebbe significativo.

8. Non è proprio dietro l'angolo

Sebbene siano stati compiuti progressi significativi nella costruzione di diversi sistemi di calcolo quantistico, non siamo vicini ad averne uno in ogni organizzazione, tanto meno in ogni famiglia. Nonostante le startup di calcolo quantistico che hanno raccolto centinaia di milioni di dollari, non ci si aspetta che i sistemi di calcolo quantistico diventino uno standard quotidiano nei prossimi cinque anni. Questo ritardo è in gran parte dovuto alle difficoltà che ancora persistono, comprese le difficoltà di progettare, costruire e programmare sistemi di calcolo quantistico, tra cui rumore, guasti, perdita di coerenza quantistica e, naturalmente, il prezzo elevato associato ai sistemi di calcolo quantistico.

9. Chip semiconduttori e talento necessari

La pandemia ha portato cambiamenti fondamentali nel nostro modo di vivere, inclusa la normalizzazione del lavoro da casa, interruzioni della catena di approvvigionamento e sguardi sospettosi a chiunque tossisca vicino a te. Ha inoltre evidenziato l’elevata domanda ma la scarsa offerta di chip semiconduttori. Dai dispositivi tecnologici ai veicoli, l’aumento della domanda ha avuto un impatto significativo sui prezzi al consumo. Con l’avvento dei computer quantistici, la domanda non potrà che crescere ulteriormente, influenzando di conseguenza la disponibilità e il costo dei semiconduttori. Al di là delle limitazioni nella fornitura di hardware, non ci sono ancora abbastanza risorse addestrate per supportare i sistemi di calcolo quantistico e l’ecosistema economico in generale.

10. Progressi correlati all'informatica quantistica

Gli ultimi anni hanno visto l’informatica avanzare in due modi principali: scoperte nell’apprendimento automatico per sviluppare algoritmi che migliorano automaticamente attraverso l’esperienza e la ricerca sui computer quantistici che teoricamente possono rivelarsi più potenti di qualsiasi supercomputer.

• Memristore quantistico. Gli scienziati hanno creato il primo prototipo di un dispositivo noto come a memristore quantistico, che potrebbe aiutare a riunire il meglio di entrambi i mondi, combinando l’intelligenza artificiale con l’informatica quantistica per funzionalità senza precedenti.
• Scalabilità/Quantum on a Chip. Immaginate ancora una grande stanza piena di congegni di apparecchiature, monitor per la qualità pulita e personale dedicato al controllo della temperatura quando pensate all'informatica quantistica? Bene, mettici sopra un po' di salsa e passami da bere perché ora ci sono gli ultimi sviluppi calcolo quantistico su un chip. Il lavoro è stato guidato dal lavoro dello specialista quantistico Riverlanes con sede a Cambridge con la società quantistica digitale SEEQC con sede a New York e Londra. Il chip di calcolo quantistico ha un sistema operativo integrato per il flusso di lavoro e la gestione dei qubit.

Con l’avvento di questa nuova ondata di computing, i CIO e i leader di tutti i settori verticali hanno il dovere fiduciario e l’opportunità unica di tenere il dito sul polso di una nuova tecnologia di definizione mondiale che è l’informatica quantistica.

Sebbene l’adozione diffusa e le applicazioni per l’informatica quantistica possano sembrare lontane, ora è il momento per gli MSP e altre aziende tecnologiche di iniziare a formarsi sulla tecnologia. Quando i clienti iniziano a saperne di più e a porre domande, vuoi essere pronto con le risposte e consigli sulla giusta direzione su misura per il tuo cliente.

(C) COMPTIA