Esta nueva startup ha construido una computadora cuántica de 256 qubits que rompe récords

Sra. Tecnología | Quería Informática / Harvard

Por fin, los físicos de Harvard y el MIT han encontrado la aplicación definitiva para la computación cuántica: un GIF de Mario Bros. hecho a partir de qubits. Los qubits (bits cuánticos) también se pueden organizar en un diseño de Space Invaders, Tetris o cualquier otra forma: su deseo geométrico es el comando de los qubits.

Los GIF fueron ofrecidos por QuEra Computing, una startup de Boston que emerge del sigilo, para mostrar la capacidad de programación de su simulador cuántico de 256 qubits, una computadora cuántica de propósito especial construida para resolver ciertos tipos de problemas.

La máquina QuEra es el último avance en la ampliación de la computación cuántica para hacerla más poderosa y capaz de abordar problemas prácticos. Más qubits significan que se puede almacenar y procesar más información, y los investigadores que desarrollan la tecnología han estado compitiendo para subir el listón continuamente.

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¿Supremacía cuántica de Google? No tan rápido, dice IBM. El fabricante rival de computadoras cuánticas cuestiona la tan cacareada afirmación de que Google ha alcanzado un nuevo hito.

En 2019, Google anunció que su máquina de 53 qubits había logrado la supremacía cuántica, realizando una tarea que no puede manejar una computadora convencional, pero IBM cuestionó la afirmación. El mismo año, IBM lanzó su computadora cuántica de 53 bits . En 2020, IonQ dio a conocer un sistema de 32 qubits que, según la compañía, era la computadora cuántica más poderosa del mundo. Y justo esta semana, IBM lanzó su nuevo procesador cuántico de 127 qubits, que el comunicado de prensa describió como un pequeño milagro de diseño. La gran noticia, desde mi perspectiva, es que funciona, dice Jay Gambetta, vicepresidente de computación cuántica de IBM.

Ahora QuEra afirma haber fabricado un dispositivo con muchos más qubits que cualquiera de esos rivales.

El objetivo final de la computación cuántica, por supuesto, no es jugar Tetris sino superar a las computadoras clásicas en la resolución de problemas de interés práctico. Los entusiastas creen que cuando estas computadoras sean lo suficientemente poderosas, tal vez en una o dos décadas, podrían tener efectos transformadores en campos como la medicina y las finanzas, la neurociencia y la inteligencia artificial. Es probable que las máquinas cuánticas necesiten miles de qubits para gestionar problemas tan complejos.

Sin embargo, la cantidad de qubits no es el único factor que importa.

QuEra también promociona la capacidad de programación mejorada de su dispositivo, en el que cada qubit es un único átomo ultrafrío. Estos átomos están dispuestos con precisión con una serie de láseres (los físicos los llaman pinzas ópticas). El posicionamiento de los qubits permite programar la máquina, ajustarla al problema que se está investigando e incluso reconfigurarla en tiempo real durante el proceso de cálculo.

Diferentes problemas requerirán que los átomos se coloquen en diferentes configuraciones, dice Alex Keesling, director ejecutivo de QuEra y coinventor de la tecnología. Una de las cosas únicas de nuestra máquina es que cada vez que la ejecutamos, unas cuantas veces por segundo, podemos redefinir por completo la geometría y la conectividad de los qubits.

La ventaja del átomo

La máquina de QuEra se construyó a partir de un modelo y tecnologías refinadas durante varios años, dirigidas por Mikhail Lukin y Markus Greiner en Harvard y Vladan Vuletić y Dirk Englund en MIT (todos están en el equipo fundador de QuEra). En 2017, un modelo anterior del dispositivo del grupo de Harvard usaba solo 51 qubits ; en 2020, demostraron la máquina de 256 qubits . Dentro de dos años, el equipo de QuEra espera alcanzar los 1000 qubits y luego, sin cambiar mucho la plataforma, esperan seguir ampliando el sistema más allá de los cientos de miles de qubits.

Mario hecho a partir de qubits.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

Es la plataforma única de QuEra, la forma física en que se ensambla el sistema y el método por el cual se codifica y procesa la información, lo que debería permitir tales saltos de escala.

Mientras que los sistemas de computación cuántica de Google e IBM usan qubits superconductores e IonQ usa iones atrapados, la plataforma de QuEra usa conjuntos de átomos neutros que producen qubits con una coherencia impresionante (es decir, un alto grado de cuántica). La máquina utiliza pulsos de láser para hacer que los átomos interactúen, excitándolos a un estado de energía, un estado de Rydberg, descrito en 1888 por el físico sueco Johannes Rydberg, en el que pueden hacer lógica cuántica de manera sólida y con alta fidelidad. Esta enfoque de Rydberg a computación cuántica se ha trabajado durante un par de décadas, pero se necesitaban avances tecnológicos, por ejemplo, con láser y fotónica, para que funcionara de manera confiable.

Irracionalmente exuberante

Cuando el científico informático Umesh Vazirani, director del Centro de Computación Cuántica de Berkeley, se enteró por primera vez de la investigación de Lukin en este sentido, se sintió irracionalmente exuberante: parecía un enfoque maravilloso, aunque Vazirani cuestionó si sus intuiciones estaban en contacto con la realidad. Hemos tenido varios caminos bien desarrollados, como superconductores y trampas de iones, en los que se ha trabajado durante mucho tiempo, dice. ¿No deberíamos estar pensando en diferentes esquemas? Se comunicó con John Preskill, físico del Instituto de Tecnología de California y director del Instituto de Información y Materia Cuántica, quien le aseguró a Vazirani que su exuberancia estaba justificada.

Preskill considera que las plataformas de Rydberg (no solo las de QuEra) son interesantes porque producen qubits que interactúan fuertemente y que están muy entrelazados, y ahí es donde está la magia cuántica, dice. Estoy muy entusiasmado con el potencial en una escala de tiempo relativamente corta para descubrir cosas inesperadas.

Además de simular y comprender materiales cuánticos y dinámica —que Lukin llama los primeros ejemplos de ventajas cuánticas útiles que involucran aplicaciones científicas—, los investigadores también están trabajando en algoritmos cuánticos para resolver problemas de optimización computacional que son NP-completo (es decir, muy duro).

Uno de los inversores de QuEra es Rakuten, una empresa japonesa de servicios de Internet, comercio electrónico y fintech, que está interesada en explorar el problema de optimizar las ubicaciones de las antenas para los servicios móviles 4G y 5G. Además, la tecnología promete resolver muchos problemas de optimización, desde el enrutamiento de entrega, la cartera de acciones, los motores de búsqueda hasta las recomendaciones, dice Takuya Kitagawa, director de datos de Rakuten. El sueño es grande.

Preskill, sin embargo, no es particularmente optimista de que la máquina de QuEra supere a los algoritmos clásicos para problemas de optimización. Él es quien acuñó el término supremacía cuántica (que describe el punto en el que las computadoras cuánticas pueden hacer cosas que las computadoras clásicas no pueden), y señala: No tenemos argumentos teóricos sólidos de que veremos una ventaja cuántica en la optimización en cualquier momento. tiempo pronto Pero ciertamente es digno de investigación.

Y Preskill está interesado en el plan de QuEra de hacer que su plataforma sea ampliamente accesible para la investigación y el desarrollo. Tener una comunidad más grande de personas jugando y jugando con las máquinas, dice, ayudará a descubrir en qué son buenos. Con suerte, no pasarán su tiempo jugando Tetris y Space Invaders.

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