Un nuevo algoritmo que avanza rápidamente las simulaciones podría brindar una mayor capacidad de uso a las computadoras cuánticas actuales y a corto plazo, abriendo el camino para que las aplicaciones se ejecuten más allá de los límites de tiempo estrictos que obstaculizan muchos cálculos cuánticos.
"Las computadoras cuánticas tienen un tiempo limitado para realizar cálculos antes de que su naturaleza cuántica útil, que llamamos coherencia, se descomponga", dijo Andrew Sornborger de la división de Ciencias Computacionales, Computacionales y Estadísticas del Laboratorio Nacional de Los Alamos, y autor principal deun artículo que anuncia la investigación. "Con un nuevo algoritmo que hemos desarrollado y probado, seremos capaces de adelantar simulaciones cuánticas para resolver problemas que antes estaban fuera de nuestro alcance".
Las computadoras construidas con componentes cuánticos, conocidos como qubits, pueden potencialmente resolver problemas extremadamente difíciles que exceden las capacidades de incluso las supercomputadoras modernas más poderosas. Las aplicaciones incluyen análisis más rápido de grandes conjuntos de datos, desarrollo de fármacos y desentrañar los misterios de la superconductividad, paramencione algunas de las posibilidades que podrían conducir a importantes avances tecnológicos y científicos en un futuro próximo.
Experimentos recientes han demostrado el potencial de las computadoras cuánticas para resolver problemas en segundos que tomaría la mejor computadora convencional milenios para completar. Sin embargo, el desafío sigue siendo garantizar que una computadora cuántica pueda ejecutar simulaciones significativas antes de que se rompa la coherencia cuántica.
"Usamos el aprendizaje automático para crear un circuito cuántico que puede aproximar una gran cantidad de operaciones de simulación cuántica a la vez", dijo Sornborger. "El resultado es un simulador cuántico que reemplaza una secuencia de cálculos con una sola operación rápida quepuede completarse antes de que se rompa la coherencia cuántica ".
El algoritmo de avance rápido variacional VFF que desarrollaron los investigadores de Los Alamos es un híbrido que combina aspectos de la computación clásica y cuántica. Aunque los teoremas bien establecidos excluyen el potencial del avance rápido general con absoluta fidelidad para simulaciones cuánticas arbitrarias, los investigadores obtienensolucionar el problema tolerando pequeños errores de cálculo para tiempos intermedios con el fin de proporcionar predicciones útiles, aunque ligeramente imperfectas.
En principio, el enfoque permite a los científicos simular mecánicamente-cuánticamente un sistema durante el tiempo que deseen. En términos prácticos, los errores que se acumulan a medida que aumentan los tiempos de simulación limitan los cálculos potenciales. Aún así, el algoritmo permite simulaciones mucho más allá de las escalas de tiempoque las computadoras cuánticas pueden lograr sin el algoritmo VFF.
Una peculiaridad del proceso es que se necesitan el doble de qubits para adelantar un cálculo de lo que haría la computadora cuántica que se adelanta rápidamente. En el artículo recientemente publicado, por ejemplo, el grupo de investigación confirmó su enfoque implementando un VFFalgoritmo en una computadora de dos qubit para adelantar los cálculos que se realizarían en una simulación cuántica de un qubit.
En un trabajo futuro, los investigadores de Los Alamos planean explorar los límites del algoritmo VFF aumentando la cantidad de qubits que avanzan rápidamente y verificando hasta qué punto pueden avanzar rápidamente los sistemas. La investigación se publicó el 18 de septiembre de 2020 enel periódico npj Quantum Information .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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