Un nuevo programa de computadora que detecta cuando la información en una computadora cuántica se escapa a estados no deseados les dará a los usuarios de esta prometedora tecnología la capacidad de verificar su confiabilidad sin ningún conocimiento técnico por primera vez.
Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Warwick han desarrollado un programa de computadora cuántica para detectar la presencia de 'fuga', donde la información procesada por una computadora cuántica escapa de los estados de 0 y 1.
Su método se presenta en un documento publicado hoy 19 de marzo en la revista Revisión física A e incluye datos experimentales de su aplicación en una máquina de acceso público, que muestra que los estados indeseables están afectando ciertos cálculos.
La computación cuántica aprovecha las propiedades inusuales de la física cuántica para procesar la información de una manera totalmente diferente a las computadoras convencionales. Aprovechando el comportamiento de los sistemas cuánticos, como los que existen en múltiples estados diferentes al mismo tiempo, esta forma radical de computación esdiseñado para procesar datos en todos esos estados simultáneamente, dándole una gran ventaja sobre la computación convencional.
En computación convencional, las computadoras cuánticas usan combinaciones de 0s y 1s para codificar información, pero las computadoras cuánticas pueden explotar estados cuánticos que son 0 y 1 al mismo tiempo. Sin embargo, el hardware que codifica esa información a veces puede codificarla incorrectamenteotro estado, un problema conocido como 'fuga'. Incluso una fuga minúscula que se acumula en muchos millones de componentes de hardware puede causar errores de cálculo y errores potencialmente graves, anulando cualquier ventaja cuántica sobre las computadoras convencionales. Como parte de un conjunto mucho más amplio de errores, la fugaestá desempeñando su papel para evitar que las computadoras cuánticas se amplíen hacia aplicaciones comerciales e industriales.
Armados con el conocimiento de cuánta fuga cuántica está ocurriendo, los ingenieros informáticos estarán en mejores condiciones para construir sistemas que lo mitiguen y los programadores pueden desarrollar nuevas técnicas de corrección de errores para tenerlo en cuenta.
El Dr. Animesh Datta, Profesor Asociado de Física, dijo: "El interés comercial en la computación cuántica está creciendo, por lo que queríamos preguntarnos cómo podemos decir con certeza que estas máquinas están haciendo lo que se supone que deben hacer".
"Las computadoras cuánticas están hechas idealmente de qubits, pero como resulta en dispositivos reales, algunas veces no son qubits en absoluto, sino que son qutrits tres estados o cuartos cuatro sistemas de estado.El problema puede corromper cada paso posterior de su operación informática.
"La mayoría de las plataformas de hardware de computación cuántica padecen este problema, incluso las unidades de computadora convencionales experimentan fugas magnéticas, por ejemplo. Necesitamos ingenieros de computación cuántica para reducir la fuga lo más posible a través del diseño, pero también debemos permitir que los usuarios de computadoras cuánticas puedanrealizar pruebas de diagnóstico simples para ello
"Si las computadoras cuánticas van a entrar en uso común, es importante que un usuario que no tenga idea de cómo funciona una computadora cuántica pueda verificar que esté funcionando correctamente sin requerir conocimientos técnicos, o si está accediendo a esa computadora de forma remota".
Los investigadores aplicaron su método utilizando los dispositivos cuánticos IBM Q Experience, a través del servicio en la nube de acceso público de IBM. Usaron una técnica llamada atestiguamiento de dimensiones: al aplicar repetidamente la misma operación en la plataforma IBM Q, obtuvieron un conjunto de datos de resultados que podríanno se explica por un solo bit cuántico, y solo por un sistema cuántico de dimensiones superiores más complicado. Han calculado que la probabilidad de que esta conclusión surja de la mera casualidad es inferior al 0.05%.
Mientras que las computadoras convencionales usan dígitos binarios, o 0s y 1s, para codificar información en transistores, las computadoras cuánticas usan partículas subatómicas o circuitos superconductores conocidos como transmons para codificar esa información como un qubit. Esto significa que está en una superposición de ambos 0y 1 al mismo tiempo, lo que permite a los usuarios calcular simultáneamente en diferentes secuencias de los mismos qubits. A medida que aumenta el número de qubits, el número de procesos también aumenta exponencialmente. Ciertos tipos de problemas, como los encontrados en el descifrado de código que se basa en la factorizaciónenteros grandes y en química como simular moléculas complicadas, son particularmente adecuados para explotar esta propiedad.
Transmons y otro hardware de computadora cuántica pueden existir en una gran cantidad de estados: 0, 1, 2, 3, 4 y así sucesivamente. Una computadora cuántica ideal solo usa los estados 0 y 1, así como las superposiciones de estos,de lo contrario, surgirán errores en el cálculo cuántico.
El Dr. George Knee, cuyo trabajo fue financiado por una beca de investigación de la Comisión Real para la Exposición de 1851, dijo: "Es algo bastante grande poder llegar a esta conclusión a una distancia de varios miles de millas, con acceso muy limitadoal propio chip de IBM. Aunque nuestro programa solo hizo uso de las instrucciones permitidas de 'qubit único', el enfoque de presencia de dimensiones pudo mostrar que se estaba accediendo a estados no deseados en los componentes del circuito transmon. Veo esto como una victoria para cualquier usuarioquién quiere investigar las propiedades anunciadas de una máquina cuántica sin la necesidad de consultar detalles específicos del hardware "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Warwick . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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