Un informático de la Universidad de Rice y sus colegas han propuesto un método para acelerar y simplificar la tarea imponente de diagnosticar computadoras cuánticas.
Anastasios Kyrillidis, profesor asistente de ciencias de la computación que se unió a Rice este año, dirigió el desarrollo de un método no convencional como herramienta de diagnóstico para computadoras potentes de próxima generación que dependen de las acciones espeluznantes de los bits cuánticos, también conocidos como qubits,que son interruptores que operan bajo reglas que difieren de los 1 y 0 en las computadoras clásicas.
Las computadoras cuánticas explotan los principios de la mecánica cuántica para resolver rápidamente problemas difíciles que tomarían mucho más tiempo en las supercomputadoras convencionales. Prometen avances futuros en diseño de medicamentos, materiales avanzados, criptografía e inteligencia artificial.
Un artículo de acceso abierto de Kyrillidis y su equipo aparece en el diario Nature Información cuántica .
Como cualquier hardware nuevo, dijo Kyrillidis, los sistemas informáticos cuánticos son propensos a errores que necesitan ser eliminados. Eso requiere pruebas continuas para validar sus capacidades. La gran complejidad de las computadoras cuánticas que hacen exponencialmente más con cada bit requiere una inmensa cantidad devalidación, dijo.
El método de Kyrillidis se centra en la tomografía de estado cuántico, un proceso inspirado en la tomografía médica en el que las imágenes de un cuerpo se capturan en rodajas que luego se vuelven a ensamblar en un mapa tridimensional. La tomografía de estado cuántico difiere, dijo, ya que toma "imágenes "del estado de los qubits de una computadora cuántica.
"Cuando una computadora cuántica ejecuta un algoritmo, comienza en un estado específico; piense en ello como la entrada al algoritmo", dijo Kyrillidis. "A medida que la computadora avanza a través de los pasos del algoritmo, pasa por muchos estados. Elel estado al final es la respuesta a la pregunta de su algoritmo "
Al volver a ensamblar el estado completo de estas mediciones, Kyrillidis dijo que luego se pueden identificar errores de hardware o software que pueden haber causado que la computadora entregue resultados inesperados.
Eso toma muchas medidas, y el costo computacional de la reconstrucción puede ser alto, incluso para computadoras clásicas, dijo. El análisis basado en tomografía de computadoras cuánticas con tan solo cinco o seis qubits sería prohibitivo sin simplificar de alguna maneratarea, y las máquinas de última generación tienen 50 qubits o más.
Qubits son las unidades básicas de información en una computadora cuántica. Al igual que un bit en una computadora clásica, cada qubit puede representar 1 o 0. A diferencia de un bit, un qubit también puede representar 1 y 0 simultáneamente, un estado llamado superposición queaumenta exponencialmente el número de cálculos que puede realizar una matriz de qubits a la vez. Para hacerlo más interesante, el estado del qubit determinado por polarización magnética o espín electrónico solo existe cuando se mide.
Kyrillidis dijo que incluso un aumento modesto en el número de qubits en una computadora aumenta drásticamente su potencia.
"En un sistema con cinco qubits, el estado puede representarse mediante una matriz de 2 a 5 por 2 a 5, por lo que es una matriz de 32 por 32", dijo.no es grande. Pero en un sistema de 20 qubits como el de IBM, el estado puede caracterizarse por una matriz de un millón por un millón. Si estuviéramos tomando mediciones completas con técnicas de tomografía regulares, necesitaríamos sondear el sistema aproximadamentemillones de veces al cuadrado para obtener suficiente información para recuperar su estado "
Kyrillidis y su equipo resolvieron el problema de validación con un algoritmo que llaman Decent gradiente factorizado proyectado ProjFGD. Aprovecha la detección comprimida, un método que minimiza la cantidad de datos entrantes y al mismo tiempo garantiza resultados precisos. Dijo que el método seríareduzca el número de mediciones para un sistema de 20 qubits a un mero millón más o menos. "Eso sigue siendo un gran número, pero mucho más pequeño que un millón al cuadrado", dijo.
Kyrillidis señaló que IBM, donde pasó un año como investigador científico antes de venir a Rice, ha puesto una computadora cuántica en la nube donde cualquiera puede acceder y ejecutar programas. Dijo que la compañía razona que mientras más personas aprenden sobre programaciónpara las computadoras cuánticas ahora, cuanto más maduras sean sus habilidades cuando la plataforma sea mayor de edad, pero hay un beneficio secundario para él, ya que le brinda una plataforma lista para probar ProjFGD.
"La herramienta de tomografía de estado cuántico es genérica y tiene más que ver con la naturaleza del qubit que con la arquitectura específica", dijo Kyrillidis. "A medida que las computadoras cuánticas se vuelven más potentes, definitivamente se puede ampliar para certificar sistemas."
Los coautores son Amir Kalev de la Universidad de Maryland, Dohyung Park de Facebook, Srinadh Bhojanapalli del Instituto Tecnológico de Toyota en Chicago y Constantine Caramanis y Sujay Sanghavi de la Universidad de Texas en Austin.
Una beca IBM Goldstine Fellowship y el Departamento de Defensa apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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