Los científicos de la USC han demostrado un método teórico para mejorar el rendimiento de las computadoras cuánticas, un paso importante para escalar una tecnología con potencial para resolver algunos de los mayores desafíos de la sociedad.
El método aborda una debilidad que afecta al rendimiento de las computadoras de próxima generación al suprimir los cálculos erróneos mientras aumenta la fidelidad de los resultados, un paso crítico antes de que las máquinas puedan superar a las computadoras clásicas como se pretendía. Llamado "desacoplamiento dinámico", funcionó en doscomputadoras, demostraron ser más fáciles y confiables que otros remedios y se puede acceder a ellas a través de la nube, que es la primera vez en el desacoplamiento dinámico.
La técnica administra ráfagas entrecortadas de pequeños pulsos de energía enfocados para compensar las perturbaciones ambientales que enturbian los cálculos sensibles. Los investigadores informan que fueron capaces de mantener un estado cuántico hasta tres veces más de lo que ocurriría en un estado incontrolado.
"Este es un paso adelante", dijo Daniel Lidar, profesor de ingeniería eléctrica, química y física en la USC y director del Centro de Ciencia y Tecnología de la Información Cuántica CQIST de la USC. "Sin supresión de errores, no hay forma de computación cuánticapuede superar a la informática clásica ".
Los resultados se publicaron hoy en la revista Cartas de revisión física . Lidar es el profesor de ingeniería de Viterbi en la USC y autor correspondiente del estudio; dirigió un equipo de investigadores en CQIST, que es una colaboración entre la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi y la Escuela de Letras, Artes y Ciencias de la USC DornsifeLa startup de IBM y Bay Area, Rigetti Computing, proporcionó acceso a la nube a sus computadoras cuánticas.
Las computadoras cuánticas son rápidas, pero frágiles
Las computadoras cuánticas tienen el potencial de hacer obsoletas las supercomputadoras actuales e impulsar avances en la medicina, las finanzas y las capacidades de defensa. Aprovechan la velocidad y el comportamiento de los átomos, que funcionan de manera radicalmente diferente a los chips de computadora de silicio, para realizar cálculos aparentemente imposibles.
La computación cuántica tiene el potencial de optimizar nuevas terapias con medicamentos, modelos para el cambio climático y diseños para nuevas máquinas. Pueden lograr una entrega más rápida de productos, menores costos de productos manufacturados y un transporte más eficiente. Están impulsados por qubits, los caballos de batalla subatómicosy componentes básicos de la computación cuántica.
Pero los qubits son tan temperamentales como los autos de carreras de alto rendimiento. Son rápidos y de alta tecnología, pero propensos a errores y necesitan estabilidad para mantener los cálculos. Cuando no funcionan correctamente, producen resultados deficientes, lo que limita sus capacidadesen relación con las computadoras tradicionales. Los científicos de todo el mundo aún tienen que lograr una "ventaja cuántica": el punto en el que una computadora cuántica supera a una computadora convencional en cualquier tarea.
El problema es el "ruido", un descriptor general de perturbaciones como el sonido, la temperatura y la vibración. Puede desestabilizar los qubits, lo que crea "decoherencia", un trastorno que interrumpe la duración del estado cuántico, lo que reduce el tiempo aLa computadora cuántica puede realizar una tarea mientras logra resultados precisos.
"El ruido y la decoherencia tienen un gran impacto y arruinan los cálculos, y una computadora cuántica con demasiado ruido es inútil", explicó Lidar. "Pero si puede eliminar los problemas asociados con el ruido, entonces comienza a acercarse al punto en el quelas computadoras cuánticas se vuelven más útiles que las computadoras clásicas ".
la investigación de la USC abarca múltiples plataformas de computación cuántica
La USC es la única universidad del mundo con una computadora cuántica; su annealer cuántico D-Wave de 1098 qubits se especializa en resolver problemas de optimización. Parte del Centro de Computación Cuántica Lockheed Martin de la USC, se encuentra en el Instituto de Ciencias de la Información de la USC.Sin embargo, los últimos hallazgos de la investigación no se lograron en la máquina D-Wave, sino en computadoras cuánticas de uso general a menor escala: la QX5 de 16 qubit de IBM y la Acorn de 19 qubit de Rigetti.
Para lograr el desacoplamiento dinámico DD, los investigadores bañaron los qubits superconductores con pulsos sincronizados y estrechamente enfocados de energía electromagnética diminuta. Al manipular los pulsos, los científicos pudieron envolver los qubits en un microambiente, secuestrado o desacoplado.del ruido ambiental circundante, perpetuando así un estado cuántico.
"Probamos un mecanismo simple para reducir el error en las máquinas que resultó ser efectivo", dijo Bibek Pokharel, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en la USC Viterbi y primer autor del estudio.
Las secuencias de tiempo para los experimentos fueron extremadamente pequeñas con hasta 200 pulsos que abarcan hasta 600 nanosegundos. Una milmillonésima de segundo, o un nanosegundo, es el tiempo que tarda la luz en viajar un pie.
Para las computadoras cuánticas de IBM, la fidelidad final mejoró tres veces, del 28,9 por ciento al 88,4 por ciento. Para la computadora cuántica Rigetti, la mejora de la fidelidad final fue un 17 por ciento más modesto, de 59,8 a 77,1, según el estudio. Los científicos probaron cómoSe pudo mantener una mejora de la fidelidad a largo plazo y se encontró que más pulsos siempre mejoraban las cosas para la computadora Rigetti, mientras que había un límite de aproximadamente 100 pulsos para la computadora IBM.
En general, los hallazgos muestran que el método DD funciona mejor que otros métodos de corrección de errores cuánticos que se han intentado hasta ahora, dijo Lidar.
"Hasta donde sabemos", escribieron los investigadores, "esto equivale a la primera demostración inequívoca de mitigación exitosa de la decoherencia en plataformas qubit superconductoras basadas en la nube ... esperamos que las lecciones extraídas tengan una amplia aplicabilidad".
Hay mucho en juego en la carrera por la supremacía cuántica
La búsqueda de la supremacía de la computación cuántica es una prioridad geopolítica para Europa, China, Canadá, Australia y los Estados Unidos. La ventaja obtenida al adquirir la primera computadora que deja obsoletas a todas las demás computadoras sería enorme y otorgaría ventajas económicas, militares y de salud públicaal ganador.
El Congreso está considerando dos nuevos proyectos de ley para establecer a Estados Unidos como líder en computación cuántica. En septiembre, la Cámara de Representantes aprobó la Ley de Iniciativa Cuántica Nacional para asignar 1.300 millones de dólares en cinco años para estimular la investigación y el desarrollo.Oficina Nacional de Coordinación Cuántica en la Casa Blanca para supervisar la investigación en todo el país. Un proyecto de ley separado, la Ley de Investigación de Computación Cuántica de la senadora Kamala Harris, demócrata de California, ordena al Departamento de Defensa que lidere un esfuerzo de computación cuántica.
"La computación cuántica es la próxima frontera tecnológica que cambiará el mundo y no podemos darnos el lujo de quedarnos atrás", dijo Harris en comentarios preparados. "Podría crear empleos para la próxima generación, curar enfermedades y, sobre todo, fortalecer a nuestra nacióny más seguro ... Sin la investigación y la coordinación adecuadas en computación cuántica, corremos el riesgo de quedar atrás de nuestra competencia global en la carrera del ciberespacio, lo que nos deja vulnerables a los ataques de nuestros adversarios ", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Original escrito por Gary Polakovic. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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