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Fuerte ventaja computacional cuántica mediante un procesador cuántico superconductor
La ampliación a un gran número de qubits con un control de alta precisión es esencial en las demostraciones de la ventaja computacional cuántica para superar exponencialmente las mejoras clásicas de hardware y algoritmos. Aquí desarrollamos un procesador cuántico superconductor programable en dos dimensiones, \textit{Zuchongzhi}, que está compuesto por 66 qubits funcionales en una arquitectura de acoplamiento sintonizable. Para caracterizar el rendimiento de todo el sistema, realizamos un muestreo aleatorio de circuitos cuánticos para su evaluación comparativa, hasta un tamaño de sistema de 56 qubits y 20 ciclos. Se estima que el coste computacional de la simulación clásica de esta tarea es de 2 a 3 órdenes de magnitud superior al del trabajo anterior sobre el procesador Sycamore de 53 qubits [Nature \textbf{574}, 505 (2019)]. Estimamos que la tarea de muestreo terminada por \textit{Zuchongzhi} en aproximadamente 1,2 horas llevará al superordenador más potente al menos 8 años. Nuestro trabajo establece una ventaja computacional cuántica inequívoca que es inviable para la computación clásica en un tiempo razonable. La plataforma de computación cuántica de alta precisión y programable abre una nueva puerta para explorar nuevos fenómenos de muchos cuerpos e implementar complejos algoritmos cuánticos.
Un equipo de investigadores afiliados a varias instituciones chinas, que trabajan en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha logrado otro hito en el desarrollo de un ordenador cuántico utilizable. El grupo ha escrito un artículo que describe sus últimos esfuerzos y lo ha subido al servidor de preimpresiones arXiv.
Ya en 2019, un equipo de Google anunció que había logrado la "supremacía cuántica" con su máquina Sycamore, un procesador de 54 qubits que llevó a cabo un cálculo que habría llevado a un ordenador tradicional aproximadamente 10.000 años. Pero ese logro pronto fue superado por otros equipos de Honeywell y un equipo de China. El equipo de China utilizó una técnica diferente, una que implicaba el uso de qubits fotónicos, pero también era un caballo de un solo truco. En este nuevo esfuerzo, el nuevo equipo de China, dirigido por Jian-Wei Pan, que también dirigió el equipo anterior en la Universidad de Ciencia y Tecnología, ha logrado otro hito.
El nuevo esfuerzo se llevó a cabo con un ordenador programable en 2D llamado Zuchongzhi, equipado para funcionar con 66 qubits. En su demostración, los investigadores utilizaron sólo 56 de esos qubits para abordar un conocido problema informático: el muestreo de la distribución de salida de circuitos cuánticos aleatorios. La tarea requiere una serie de habilidades informáticas que implican el análisis matemático, la teoría de las matrices, la complejidad de ciertos cálculos y la teoría de la probabilidad, una tarea aproximadamente 100 veces más difícil que la realizada por Sycamore hace sólo dos años. Según investigaciones anteriores, la tarea que se le encomendó a la máquina china le llevaría a un ordenador convencional aproximadamente ocho años. Zuchongzhi completó la tarea en menos de una hora y media. El logro del equipo demostró que la máquina de Zuchongzhi es capaz de realizar más de un tipo de tarea. También demostró que añadiendo sólo dos qubits más que los utilizados por Sycamore se podría aumentar exponencialmente la potencia de un ordenador cuántico. Pero lo más importante es que demuestra que los informáticos están cada vez más cerca del verdadero premio: el desarrollo de un ordenador cuántico generalizado que pueda utilizarse para una serie de aplicaciones del mundo real que los ordenadores tradicionales nunca podrán manejar.
Fuentes, créditos y referencias:
Más información: Fuerte ventaja computacional cuántica utilizando un procesador cuántico superconductor, arXiv:2106.14734 [quant-ph] arxiv.org/abs/2106.14734
Originalmente publicado en PhysOrg