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L'arma segreta della ricottura quantistica: il principio magico che supera la ricottura classica!
Molti scienziati e ingegneri affrontano sfide difficili nella ricerca di soluzioni ottimali. Gli algoritmi di ricottura classici hanno aiutato le persone a risolvere molti problemi di ottimizzazione complessi, ma con l’aumento dei requisiti di elaborazione, l’informatica quantistica sembra fornire una soluzione completamente nuova a questo problema. La ricottura quantistica è un processo di ottimizzazione basato sui principi della meccanica quantistica, che mira a trovare il minimo globale di una determinata funzione obiettivo e ha dimostrato la sua superiorità in molti campi.
La ricottura quantistica è stata proposta per la prima volta da B. Apolloni e colleghi nel 1988. Dopo diversi sviluppi, la sua forma completa è stata proposta da T. Kadowaki e H. Nishimori nel 1998. Sfrutta gli effetti di sovrapposizione e tunneling della meccanica quantistica per consentire test quantistici paralleli del sistema tra tutti i possibili stati.
La ricottura quantistica inizia dallo stato di sovrapposizione completa della meccanica quantistica, si evolve attraverso l'equazione di Schrödinger guidata dal tempo e utilizza il fenomeno del tunneling quantistico per uscire dal minimo locale.
Rispetto alla classica ricottura simulata, la ricottura quantistica presenta un vantaggio chiave: la sua intensità di campo a tunnel fa sì che l'evoluzione del sistema non dipenda più esclusivamente dalla distribuzione energetica dello stato attuale, ma può essere trasferita in modo casuale attraverso il tunnel. Ciò consente alla ricottura quantistica di sovraperformare la ricottura simulata su alcuni problemi, specialmente quando si affrontano problemi di ottimizzazione combinatoria con molti minimi locali.
L'intensità del campo tunnel della ricottura quantistica è simile al parametro della temperatura nella ricottura simulata, ma il vantaggio della ricottura quantistica è che può modificare l'ampiezza in parallelo in tutti gli stati.
Il campo tunnel nella meccanica quantistica è fondamentalmente un termine di energia cinetica dell'energia potenziale. In alcune barriere a potenziale alto e sottile, le perturbazioni termiche non saranno in grado di spingere efficacemente il sistema attraverso la barriera, ma il tunneling quantistico potrebbe essere efficace. La ricerca mostra che la ricottura quantistica può mostrare una maggiore efficienza in queste circostanze.
Per promuovere lo sviluppo di questa tecnologia, D-Wave Systems ha lanciato la prima macchina commerciale per la ricottura quantistica, D-Wave One, nel 2011, segnando una nuova fase nella commercializzazione dell'informatica quantistica. Successivamente, con il progresso della tecnologia, D-Wave ha continuato ad aggiornare le proprie apparecchiature e ha lanciato computer quantistici più potenti dedicati alla risoluzione di problemi pratici di ottimizzazione.
La ricerca mostra che D-Wave 2X può migliorare le prestazioni di 100.000.000 di volte rispetto alla ricottura simulata e ai metodi Monte Carlo quantistico quando si affrontano problemi di ottimizzazione difficili.
Tuttavia, sebbene la tecnologia di ricottura quantistica di D-Wave sia entusiasmante, alcuni studi dimostrano che la sua effettiva efficacia necessita ancora di ulteriori test. Ad esempio, in uno studio, i ricercatori hanno scoperto che i wafer D-Wave non mostravano alcun segno di accelerazione quantistica, ponendo sfide per il futuro sviluppo dell’informatica quantistica.
Nelle ultime ricerche, gli scienziati stanno lavorando duramente per risolvere il problema dell'"accelerazione quantistica" per determinare in quali circostanze i computer quantistici possono superare i computer tradizionali. Man mano che vengono condotte ulteriori ricerche, vengono esplorate nuove classi di problemi, ad esempio se esistono problemi di ottimizzazione non tradizionali adatti a essere risolti utilizzando il calcolo quantistico.
Di fronte alla tecnologia in rapida evoluzione, il potenziale della ricottura quantistica è ancora in fase di esplorazione e discussione. Possiamo aspettarci che con l’ulteriore sviluppo della tecnologia informatica in futuro, la ricottura quantistica ci fornirà nuove prospettive e metodi per risolvere problemi più complessi.
Man mano che impareremo di più sulla ricottura quantistica, in che modo questa tecnologia cambierà la nostra comprensione e le soluzioni ai problemi informatici?
