Nuevos giros en el camino hacia la supremacía cuántica

IBM

Después de décadas de exageraciones y titulares, las computadoras cuánticas finalmente están listas para demostrar su superioridad sobre las máquinas convencionales.

Sin embargo, exactamente cuándo sucederá esto es un poco confuso. Además, pasará un tiempo antes de que estas máquinas mágicas tengan un impacto notable en nuestras vidas.

Se cree que el punto en el que una máquina cuántica debería poder realizar cálculos demasiado complejos para modelarlos en cualquier máquina convencional, un hito conocido como supremacía cuántica, es de unos 49 qubits, el equivalente cuántico de los bits que representan 1 o 0 en una computadora convencional.

Los investigadores de Google parecen estar liderando la carrera por una máquina de 49 qubits (ver El nuevo chip de Google es un trampolín hacia la supremacía de la computación cuántica). Sin embargo, a principios de esta semana, los investigadores del laboratorio de investigación cuántica de IBM en Yorktown Heights, Nueva York, demostrado que es posible modelar el comportamiento de una computadora cuántica más allá del hito de 49 qubits mediante el aprovechamiento de varias técnicas matemáticas inteligentes. IBM también permite a los programadores experimentar con sus computadoras cuánticas a través de una plataforma en la nube llamada IBM Q .

Dos científicas de computación cuántica de IBM, Hanhee Paik (izquierda) y Sarah Sheldon, examinan una de las máquinas de la empresa. IBM

No creemos que haya un solo punto de referencia o métrica para medir la capacidad de una computadora cuántica, dice Bob Wisnieff , un investigador de IBM que está involucrado en el nuevo trabajo de simulación. Estamos buscando activamente métodos que muestren que las máquinas cuánticas tienen una ventaja sobre los sistemas clásicos.

Una computadora cuántica necesitará significativamente más de 49 qubits para ser útil. La mejor medida será abordar los problemas reales, y aún no está claro cuándo será posible, aunque se está generando un impulso.

Para superar lo que las computadoras convencionales pueden lograr mediante el procesamiento de información en forma de bits convencionales, las computadoras cuánticas explotan la naturaleza probabilística y contraria a la intuición de la física a escala atómica y subatómica. Al aprovechar la superposición y el entrelazamiento, conceptos que desconcertaron y molestaron a Einstein, estas máquinas pueden calcular de una manera fundamentalmente diferente, realizando cálculos inmensamente complejos a velocidades que de otro modo serían inconcebibles (consulte 10 Tecnologías innovadoras 2017: Computadoras cuánticas prácticas).

A pesar de las idas y vueltas sobre la medida de la capacidad de una computadora cuántica, el consenso entre los expertos es que alcanzar los 49 qubits sería un paso significativo. Cualquier sistema con muchos qubits vale la pena, porque para llegar a 1,000 o 1,000,000 de qubits primero tenemos que lidiar con 100, dice cristobal monroe , profesor de la Universidad de Maryland que estudia la teoría de la información cuántica. La simulación de componentes cuánticos juega un papel importante para impulsar el progreso hacia sistemas más complejos, ya que no siempre es práctico probar el comportamiento de un diseño utilizando hardware real.

Tanto Google como IBM están desarrollando sus máquinas utilizando circuitos superconductores enfriados a temperaturas extremas. IBM ha anunciado una máquina de 16 qubits, y se cree ampliamente que Google tiene una máquina de 22 qubits, aunque la compañía aún no lo ha confirmado oficialmente.

El chip de 16 qubits de IBM.

Mientras compiten para construir las primeras computadoras cuánticas prácticas, los involucrados también se esfuerzan por desarrollar las herramientas de software que harán que estas máquinas sean útiles. Además de la plataforma en la nube de IBM, esta semana Google y una startup con sede en California llamada Rigetti Computing Anunciado software para convertir simulaciones químicas en una forma que una computadora cuántica pueda manejar. Este nuevo software, llamado OpenFermion , está disponible gratuitamente y está diseñado para funcionar con otras computadoras cuánticas, incluidas las de IBM.

La química y la ciencia de los materiales son el primer objetivo de la computación cuántica porque la tecnología podría ofrecer una forma de modelar las interacciones de los átomos en niveles de complejidad completamente nuevos (ver Los químicos son los primeros en la fila para beneficiarse de la computación cuántica).

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Monroe dice que esfuerzos como IBM Q y OpenFermion resultarán cruciales para abrir aplicaciones potenciales de la tecnología a medida que se amplía.

Creo que en los próximos cinco a 10 años tendremos más de 100 máquinas qubit que estarán disponibles para cualquiera, y será entonces cuando se encuentren aplicaciones útiles, dice Monroe. Supongo que las aplicaciones cuánticas útiles solo se encontrarán una vez que construyamos máquinas cuánticas que puedan ser utilizadas por personas que conocen problemas difíciles en logística, mercados económicos, reconocimiento de patrones y modelado de materiales.

Está creciendo el interés en si las computadoras cuánticas también podrían ser útiles para el aprendizaje automático, aunque andres niño , otro profesor de la Universidad de Maryland, dice que esto sigue siendo un desafío abierto. De hecho, hay mucho alboroto sobre el aprendizaje automático cuántico, dice. Creo que esta área es muy interesante, pero su promesa está lejos de ser clara.

scott aaronson , profesor de la Universidad de Texas en Austin y director de su Centro de Información Cuántica, dijo en un publicación de blog reciente que el artículo de IBM sobre la supremacía cuántica no disminuía la importancia del objetivo de supremacía cuántica de Google.

Hablando por correo electrónico a Revisión de tecnología del MIT , Aaronson también advirtió que el hito sin duda atraerá una gran expectación. Por supuesto, existe el riesgo de que las cosas sobre la supremacía cuántica se sobrevaloren y se malinterpreten, escribió. En este campo, ¿qué no ha sido?

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