Los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han desarrollado un punto de referencia de simulación de química cuántica para evaluar el rendimiento de los dispositivos cuánticos y guiar el desarrollo de aplicaciones para futuras computadoras cuánticas.
Sus hallazgos fueron publicados en información cuántica npj .
Las computadoras cuánticas usan las leyes de la mecánica cuántica y las unidades conocidas como qubits para aumentar en gran medida el umbral en el que se puede transmitir y procesar la información. Mientras que los "bits" tradicionales tienen un valor de 0 o 1, los qubits están codificados con valores de ambos0 y 1, o cualquier combinación de los mismos, lo que permite una gran cantidad de posibilidades para almacenar datos.
Mientras todavía están en sus primeras etapas, los sistemas cuánticos tienen el potencial de ser exponencialmente más poderosos que los sistemas informáticos clásicos líderes de la actualidad y prometen revolucionar la investigación en materiales, química, física de alta energía y en todo el espectro científico.
Pero debido a que estos sistemas están en su infancia relativa, entender qué aplicaciones se adaptan bien a sus arquitecturas únicas se considera un campo de investigación importante.
"Actualmente estamos teniendo problemas científicos bastante simples que representan el tipo de problemas que creemos que estos sistemas nos ayudarán a resolver en el futuro", dijo Raphael Pooser de ORNL, investigador principal del proyecto Quantum Testbed Pathfinder ". Estos puntos de referencia nos danuna idea de cómo funcionarán los futuros sistemas cuánticos al abordar simulaciones similares, aunque exponencialmente más complejas "
Pooser y sus colegas calcularon la energía del estado unido de las moléculas de hidruro alcalino en procesadores IBM Tokyo de 20 qubits y Rigetti Aspen de 16 qubits. Estas moléculas son simples y sus energías se entienden bien, lo que les permite probar efectivamente el rendimiento de la computadora cuántica.
Al ajustar la computadora cuántica en función de unos pocos parámetros, el equipo calculó los estados unidos de estas moléculas con precisión química, que se obtuvo mediante simulaciones en una computadora clásica. De igual importancia es el hecho de que los cálculos cuánticos también incluían sistemas sistemáticosmitigación de errores, iluminando las deficiencias en el hardware cuántico actual.
El error sistemático ocurre cuando el "ruido" inherente en las arquitecturas cuánticas actuales afecta su funcionamiento. Debido a que las computadoras cuánticas son extremadamente delicadas por ejemplo, los qubits utilizados por el equipo ORNL se mantienen en un refrigerador de dilución a alrededor de 20 milikelvin o más de-450 grados Fahrenheit, las temperaturas y las vibraciones de sus entornos circundantes pueden crear inestabilidades que alteran su precisión. Por ejemplo, dicho ruido puede hacer que un qubit gire 21 grados en lugar de los 20 deseados, lo que afecta en gran medida el resultado de un cálculo.
"Este nuevo punto de referencia caracteriza el 'estado mixto' o la forma en que el entorno y la máquina interactúan muy bien", dijo Pooser. "Este trabajo es un paso crítico hacia un punto de referencia universal para medir el rendimiento de las computadoras cuánticas, al igual que elLa métrica LINPACK se usa para juzgar las computadoras clásicas más rápidas del mundo ".
Si bien los cálculos fueron bastante simples en comparación con lo que es posible en los principales sistemas clásicos como la Cumbre de ORNL, actualmente clasificada como la computadora más poderosa del mundo, la química cuántica, junto con la física nuclear y la teoría cuántica de campos, se considera una aplicación asesina cuántica"En otras palabras, se cree que a medida que evolucionen, las computadoras cuánticas serán capaces de realizar de manera más precisa y eficiente una amplia gama de cálculos relacionados con la química mejor que cualquier computadora clásica actualmente en funcionamiento, incluida Summit".
"El punto de referencia actual es un primer paso hacia un conjunto integral de puntos de referencia y métricas que rigen el rendimiento de los procesadores cuánticos para diferentes dominios científicos", dijo el químico cuántico ORNL Jacek Jakowski. "Esperamos que evolucione con el tiempo como la computación cuánticael hardware mejora. La amplia experiencia de ORNL en ciencias de dominio, informática y computación de alto rendimiento lo convierten en el lugar perfecto para la creación de este conjunto de referencia ".
ORNL ha estado planeando plataformas de cambio de paradigma como Quantum durante más de una década a través de programas de investigación dedicados en computación cuántica, redes, sensores y materiales cuánticos. Estos esfuerzos tienen como objetivo acelerar la comprensión de cómo los recursos de computación cuántica a corto plazo puedenAyude a abordar los desafíos científicos más desalentadores de la actualidad y apoye la recientemente anunciada Iniciativa Cuántica Nacional, un esfuerzo federal para garantizar el liderazgo estadounidense en las ciencias cuánticas, particularmente la informática.
Tal liderazgo requerirá sistemas como Summit para garantizar la marcha constante de dispositivos como los utilizados por el equipo ORNL a sistemas cuánticos a gran escala exponencialmente más potentes que cualquier cosa en funcionamiento hoy en día.
El acceso a los procesadores IBM y Rigetti fue proporcionado por el Programa de Usuarios de Computación Cuántica en el Centro de Computación de Liderazgo de Oak Ridge, que proporciona acceso temprano a los sistemas de computación cuántica comerciales existentes mientras apoya el desarrollo de futuros programadores cuánticos a través de programas educativos y de pasantíasEl apoyo para la investigación provino del programa de Investigación de Informática Científica Avanzada de la Oficina de Ciencia del DOE.
"Este proyecto ayuda al DOE a comprender mejor lo que funcionará y lo que no funcionará a medida que avanzan en su misión de realizar el potencial de la computación cuántica para resolver los mayores desafíos científicos y de seguridad nacional de la actualidad", dijo Pooser.
A continuación, el equipo planea calcular los estados excitados exponencialmente más complejos de estas moléculas, lo que les ayudará a idear nuevos esquemas novedosos de mitigación de errores y acercará la posibilidad de la computación cuántica práctica a la realidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :