Donde falla un algoritmo clásico, las computadoras cuánticas tienen éxito
Agrandar / Procesador Sycamore de Google. La gente ha proporcionado una gran cantidad de evidencia matemática para demostrar que una computadora cuántica superará con creces a las computadoras convencionales en una variedad de algoritmos. Pero las computadoras cuánticas que tenemos ahora son propensas a errores y no tienen suficientes qubits para permitir la corrección de errores. Las únicas demostraciones que hemos tenido involucran hardware de computación cuántica que evoluciona desde una configuración aleatoria y computadoras tradicionales que no pueden simular su comportamiento normal. Los cálculos útiles son un ejercicio para el futuro. Pero un nuevo artículo del grupo de computación cuántica de Google ha ido más allá de este tipo de demostraciones y ha utilizado una computadora cuántica como parte de un sistema que puede ayudarnos a comprender los sistemas cuánticos en general, en lugar de la computadora cuántica. Y muestran que incluso en el hardware actual propenso a errores, el sistema puede superar a las computadoras clásicas en el mismo problema.
investigar sistemas cuánticos
Para comprender lo que implica el nuevo trabajo, es útil dar un paso atrás y pensar en cómo entendemos normalmente los sistemas cuánticos. Dado que el comportamiento de estos sistemas es probabilístico, normalmente tenemos que medirlos repetidamente. Los resultados de estas mediciones luego se importan a una computadora clásica, que los procesa para generar una comprensión estadística del comportamiento del sistema. Con una computadora cuántica, por otro lado, es posible reflejar un estado cuántico a través de los propios qubits, reproducirlos con la frecuencia que desee y manipularlos si es necesario. Este método tiene el potencial de abrir un camino hacia una comprensión más directa del sistema cuántico en cuestión. Gran parte del artículo se dedica a describir situaciones en las que esto debería ser así, y se desarrollan parcialmente las ideas descritas en artículos anteriores. La primera de estas ideas describe una propiedad de un sistema cuántico que incluye cualquier número de elementos, como una computadora cuántica de n-qubit. Esta es precisamente la circunstancia descrita anteriormente, donde se deben realizar mediciones repetidas antes de que una computadora clásica pueda identificar una propiedad de manera confiable. Por el contrario, una computadora cuántica puede almacenar una copia del sistema en su memoria, lo que permite duplicarlo y procesarlo repetidamente. Estos problemas, muestran los autores, se pueden resolver en una computadora cuántica en el llamado tiempo polinomial, donde el número de qubits se eleva a una potencia constante (denominada nk). Con el hardware clásico, por otro lado, las escalas de tiempo escalan como una constante elevada a la potencia del número de qubits. Con un número cada vez mayor de qubits, el tiempo requerido para el hardware clásico aumenta significativamente más rápido.
Opción dos y tres
La segunda tarea que identifican es un análisis de componentes principales cuánticos, que utiliza computadoras para identificar la propiedad que tiene el mayor impacto en el comportamiento del sistema cuántico. Se eligió esto en parte porque se cree que este análisis es relativamente insensible al ruido introducido por errores en los procesadores cuánticos actuales. Matemáticamente, el equipo muestra que el número de repeticiones de medidas para el análisis en un sistema clásico crece exponencialmente con el número de qubits. Usando un sistema cuántico, el análisis se puede realizar con un número constante de iteraciones. La última situación es permitir que un proceso físico afecte el estado de un sistema cuántico, haciendo que evolucione hacia un nuevo estado. El objetivo es encontrar un modelo del proceso que pueda predecir con precisión el nuevo estado. Nuevamente, usar un sistema clásico significa que el desafío de obtener suficientes lecturas aumenta exponencialmente con la cantidad de qubits, pero crece mucho más lentamente cuando se usan computadoras cuánticas. ¿Por qué una computadora cuántica funciona mucho mejor? Los investigadores dicen que un paso importante es almacenar dos copias del sistema bajo estudio y luego entrelazarlas. Este método solo es posible en hardware cuántico.
