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| "Quantum computing" by kevin dooley is licensed under CC BY 2.0 |
Los usuarios de ordenadores de alto rendimiento que deseen adquirir una máquina de recocido cuántico o que busquen la forma de sacar el máximo partido a la que ya tienen se beneficiarán de una nueva herramienta de software de código abierto para evaluar estas plataformas emergentes a nivel de qubits individuales.
"Nos motivó la necesidad de validar y verificar los recocidos cuánticos, de forma similar a lo que hacen actualmente las organizaciones cuando adquieren un nuevo superordenador clásico", dijo Carleton Coffrin, informático y experto en inteligencia artificial de Los Álamos. "Llevan a cabo pruebas de aceptación en un enorme conjunto de puntos de referencia. No teníamos buenos análogos para eso en los ordenadores de recocido cuántico". Para el recocido cuántico, nuestro nuevo protocolo Quantum Annealing Single-qubit Assessment, o QASA, nos proporciona una herramienta para las pruebas de aceptación".
Coffrin es el investigador principal del proyecto "Accelerating Combinatorial Optimization with Noisy Analog Hardware", que ha desarrollado el documento "Single-Qubit Fidelity Assessment of Quantum Annealing Hardware".
QASA está disponible como software de código abierto en github.com/lanl-ansi/QASA . QASA, que se ejecuta en paralelo para todos los qubits de un dispositivo de recocido cuántico, proporciona una caracterización detallada a través de métricas destacadas sobre los qubits individuales, como su temperatura efectiva, ruido y sesgo. El avance clave de este trabajo es que el modelo de un solo qubit puede ejecutarse en paralelo para cada qubit en un dispositivo de hardware de recocido cuántico.
"El protocolo QASA podría tener una amplia gama de usos, como el seguimiento de la mejora del rendimiento de los ordenadores de recocido cuántico y la ayuda a los desarrolladores de hardware para detectar inconsistencias en sus propios dispositivos", afirma Coffrin. Con el protocolo, los usuarios de recocedores cuánticos también podrían calibrar sus algoritmos para sus ordenadores específicos.
"Caracterizar el ruido del sistema es probablemente lo más impactante porque es el aspecto menos reconocido del hardware", señaló Coffrin. "Podemos medirlo y entender cómo se distribuye por todo el hardware".
El protocolo arroja luz sobre la variabilidad de las propiedades de los qubits en todo el ordenador. Con este análisis detallado de las propiedades de cada qubit, los usuarios del recocido cuántico pueden emplear QASA para verificar rápidamente el nivel de consistencia en todos los qubits del hardware y evitar o compensar los qubits no ideales. Los usuarios también utilizan esta información para calibrar las simulaciones cuánticas idealizadas que se ejecutan en dispositivos de hardware específicos.
El análisis también arroja varias métricas clave, como el ruido de los qubits, que apoyan el seguimiento de las mejoras técnicas en el hardware de recocido cuántico a medida que se desarrolla.
A medida que los ordenadores cuánticos basados en compuertas y los ordenadores de recocido cuántico pasan de ser proyectos científicos a tareas del mundo real, la medición y el seguimiento de los cambios en la fidelidad de las plataformas de hardware cuántico es esencial para comprender las limitaciones de estos dispositivos y cuantificar los avances a medida que estas plataformas siguen mejorando, afirma el artículo.
En un proceso de descubrimiento basado en datos, dijo Coffrin, el equipo de Los Álamos utilizó el aprendizaje automático y los datos de un ordenador D-Wave 2000Q del Laboratorio para desarrollar el protocolo QASA, que puede ejecutarse en cualquier recocido cuántico.
"Hicimos un montón de experimentos en nuestro D-Wave, poniendo diferentes valores para un parámetro, y observamos lo que sucedía", dijo. Los resultados arrojaron una curva sorprendente cuando se graficaron. "Tuvimos que desarrollar un nuevo modelo teórico que se correspondiera con lo que ocurría". A continuación, el equipo diseñó un método de aprendizaje automático que ajustaba el modelo teórico a los datos. Los ordenadores de recocido cuántico funcionan con un principio diferente al de los ordenadores cuánticos basados en puertas, que utilizan puertas análogas a las puertas lógicas de un ordenador binario clásico.
Los ordenadores cuánticos de recocido aprovechan una evolución cuántica suave para explotar los principios cuánticos fundamentales en la búsqueda de soluciones de alta calidad. Este proceso es más especializado que el de los ordenadores basados en puertas, pero sigue siendo suficiente para resolver problemas computacionales difíciles en campos como los materiales magnéticos, el aprendizaje automático y la optimización, todos los cuales se basan en la optimización, o en encontrar la mejor respuesta entre todas las respuestas plausibles. Por ejemplo, encontrar la ruta más corta para un camión de reparto que deja paquetes en varios lugares es un problema clásico de optimización.
Fuentes, creditos y referencias: