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Desde que se idearon las primeras computadoras cuánticas a principios de la década de 1980, los investigadores han estado esperando el día en que tales dispositivos pudieran… Resolver problemas que son demasiado difíciles para las computadoras clásicas.. En los últimos cinco años, las máquinas finalmente han comenzado a desafiar a sus primas clásicas, aunque la victoria final sobre ellas sigue siendo difícil de alcanzar.

Ahora, en el último capítulo de la batalla para lograr esta “ventaja cuántica”, los investigadores de Google dicen haber identificado las condiciones bajo las cuales es posible Computadoras cuánticas Pueden vencer a sus homólogos clásicos. Para comprender estas condiciones, utilizaron un procesador de computación cuántica llamado Sycamore para ejecutar muestreo de circuito aleatorio (RCS), un algoritmo cuántico simple que esencialmente genera una secuencia aleatoria de valores.

La computadora cuántica de Google logra un gran avance al reducir errores

El equipo analizó la salida del Sycamore y descubrió que cuando se operaba en un modo con mucha interferencia de ruido mientras se realizaba RCS, las supercomputadoras clásicas podían “rotarlo” o dominarlo. Pero cuando el ruido se redujo a un cierto umbral, los cálculos de Sycamore se volvieron lo suficientemente complejos como para falsificarlos se volvió prácticamente imposible; según algunas estimaciones, la supercomputadora clásica más rápida del mundo tardaría diez billones de años. Resultado, Reportado por primera vez en la edición preimpresa. En el servidor arXiv el año pasado, publicado hoy en naturaleza¹.

Los especialistas cuánticos dijeron que esto es una prueba convincente de que Sycamore es capaz de superar a cualquier computadora clásica que utilice RCS. naturaleza. En 2019, Google informó que su computadora cuántica podría ejecutar RCS y lograr una ventaja cuántica, pero desde entonces las computadoras clásicas han podido ejecutar el algoritmo más rápido de lo esperado, eliminando la supuesta ventaja. “Esta vez, Google ha hecho un muy buen trabajo al aclarar y abordar muchos de los problemas conocidos con RCS”, dice Michael Voss-Vieg, investigador de computación cuántica en la empresa de software Quantinum, con sede en Broomfield, Colorado. . Dice que los nuevos resultados muestran cuánto ruido pueden hacer las computadoras cuánticas y aún superan a las computadoras clásicas.

La competencia actual entre las computadoras clásicas y cuánticas ha sido una fuerza impulsora en este campo, dice Zhao Yanglu, físico cuántico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai. Ha motivado a los investigadores a construir computadoras cuánticas más grandes y de mayor calidad.

El último hallazgo de Google no significa que las computadoras cuánticas reemplazarán a las tradicionales. Por ejemplo, Sycamore no puede realizar operaciones típicas de una computadora normal, como almacenar imágenes o enviar correos electrónicos. “Las computadoras cuánticas no son más rápidas, son diferentes”, dice Sergio Puixo, jefe de los esfuerzos de computación cuántica de Google en Santa Bárbara, California. En última instancia, estos dispositivos pretenden realizar tareas clásicamente imposibles pero útiles, como simular perfectamente reacciones químicas.

Crecimiento exponencial

El procesador Sycamore se parece a los chips de silicio que alimentan las computadoras portátiles de todos los días, pero está hecho a medida para controlar los electrones que fluyen a través de él con precisión cuántica. Para reducir las fluctuaciones de temperatura que destruirían los estados sensibles de los electrones e introducirían ruido, el chip se mantiene a temperaturas extremadamente frías cercanas al cero absoluto.

La computadora cuántica de IBM va más allá de la computación

En lugar de utilizar bits clásicos (que siempre son 0 o 1) como lo hace una computadora normal, un chip cuántico se basa en qubits, que explotan la capacidad de los electrones de existir en una mezcla de estados. Una computadora cuántica puede realizar algunas tareas con muchos menos qubits que los bits que necesita una computadora clásica. Por ejemplo, para ejecutar el algoritmo RCS, una computadora clásica necesitaría 1024 qubits y una computadora cuántica necesitaría 10 qubits.

Hace cinco años, un equipo de investigadores de Google informó naturaleza² Para igualar un RCS de 200 segundos ejecutándose en su computadora de 53 qubits, una supercomputadora clásica tardaría 10.000 años. Casi de inmediato, esta afirmación fue criticada; Investigadores del gigante tecnológico IBM han publicado una versión preliminar en línea³antes de la revisión por pares, que sugirió que la supercomputadora podría completar la tarea en días. En junio, Lu y sus colegas utilizaron potentes ordenadores clásicos para falsificar el resultado en poco más de un minuto.⁴.

El resultado de Google de 2019 no es el único que cae en la clásica trampa del plagio. En junio de 2023, investigadores de IBM y otros proporcionaron pruebas⁵ Que su computadora tiene 127 qubits Puede resolver problemas matemáticos potencialmente útiles. Lo cual estaba “más allá de los cálculos clásicos de fuerza bruta”. En cuestión de semanas, múltiples estudios^6,7 Demuestre que los estilos clásicos aún pueden competir.

Alta precisión

Boixo y sus colegas querían comprender cómo el ruido hace que los ordenadores cuánticos sean vulnerables al plagio clásico. Descubrieron que incluso pequeñas variaciones en el ruido del qubit (que van desde una tasa libre de errores del 99,4% al 99,7%) hacían que el sicomoro se comportara como si estuviera en un nuevo estado, similar a la transición de la materia de un estado sólido a un estado líquido.

¡Hola mundo cuántico! Google hace una afirmación histórica de supremacía cuántica

“Qué [the noise] “Lo que hace es transformar el sistema en algo más clásico”, afirma Boixo. Una vez que una versión mejorada de 67 bits de Sycamore superó un cierto umbral de ruido, su salida RCS se volvió imposible de emular de forma clásica.

En los últimos años, los intentos de superar a las supercomputadoras clásicas también se han centrado en reducir el ruido de los qubits. Foss-Feig y sus colegas ejecutaron RCS en una computadora cuántica equipada con 56 qubits de bajo error⁸. Con mejores qubits, “al menos para RCS, los ordenadores clásicos ya no pueden seguir el ritmo de los ordenadores cuánticos”, afirma.

Los investigadores esperan que algún día las computadoras cuánticas sean lo suficientemente grandes y estén libres de errores para trascender la guerra cuántica clásica. Por ahora, se prepararán para la batalla. Si no puedes ganar una función con RCS, que es la aplicación más simple, “no creo que puedas ganar con ninguna otra aplicación”, dice Boekso.