El uso de simulaciones por computadora para diseñar nuevos chips jugó un papel crucial en las rápidas mejoras en el rendimiento del procesador que hemos experimentado en las últimas décadas. Ahora, los investigadores chinos han ampliado el enfoque al mundo cuántico.
Las herramientas de automatización de diseño electrónico comenzaron a ser algo común a principios de la década de 1980 cuando la complejidad de los procesadores aumentó exponencialmente, y hoy en día son una herramienta indispensable para los diseñadores de chips.
Más recientemente, Google ha estado impulsando el enfoque mediante el uso de inteligencia artificial para diseñar la próxima generación de sus chips de inteligencia artificial . Esto mantiene la promesa de establecer o f f un proceso recursivo de auto-mejora que podría llevar a un desempeño rápidos aumentos de AI .
Ahora, New Scientist ha informado sobre un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai que ha aplicado las mismas ideas a otro campo emergente de la computación: los procesadores cuánticos. En un documento publicado en el arXiv pre-impresión del servidor , los investigadores describen cómo utilizaron un ordenador cuántico para diseñar un nuevo tipo de qubit que superan significativamente ed su diseño anterior.
“ Las simulaciones de sistemas cuánticos de alta complejidad, que son intratables para los ordenadores clásicos, se puede hacer de manera eficiente con los ordenadores cuánticos,” los autores wr o te. “Nuestro trabajo abre el camino para diseñar procesadores cuánticos avanzados utilizando los recursos de computación cuántica existentes”.
En el corazón de la idea está el hecho de que la complejidad de los sistemas cuánticos crece exponencialmente a medida que aumentan de tamaño. Como resultado, incluso las supercomputadoras más poderosas luchan por simular sistemas cuánticos bastante pequeños.
Esta fue la base para groundbreak de Google ing pantalla de “supremacía cuántica” en 2019. Los investigadores de la empresa utilizan un procesador de 53 qubits para ejecutar un circuito cuántico al azar un millón de veces y demostraron que se tardaría aproximadamente 10.000 años s para simular el experimento la supercomputadora más rápida del mundo.
Esto significa que es probable que el uso de computadoras clásicas para ayudar en el diseño de nuevas computadoras cuánticas alcance los límites fundamentales con bastante rapidez. Sin embargo, usar una computadora cuántica evita el problema porque puede explotar las mismas rarezas del mundo cuántico que hacen que el problema sea complejo en primer lugar.
Esto es exactamente lo que hicieron los investigadores chinos. Utilizaron un algoritmo llamado eigensolver cuántico variacional para simular el tipo de circuito electrónico superconductor que se encuentra en el corazón de una computadora cuántica. Esto se utilizó para explorar qué sucede cuando se alteran ciertos niveles de energía en el circuito.
Normalmente, este tipo de experimento requeriría que construyeran una gran cantidad de prototipos físicos y los probaran, pero en cambio, el equipo pudo modelar rápidamente el impacto de los cambios. El resultado fue que los investigadores descubrieron un nuevo tipo de qubit que era más poderoso que el que ya estaban usando.
Cualquier sistema cuántico de dos niveles puede actuar como un qubit, pero la mayoría de las computadoras cuánticas superconductoras usan transmons , que codifican estados cuánticos en las oscilaciones de los electrones. Al ajustar los niveles de energía de su circuito cuántico simulado, los investigadores pudieron descubrir un nuevo diseño de qubit al que llamaron plasonio.
Tiene menos de la mitad del tamaño de un transmon, y cuando los investigadores lo fabricaron descubrieron que mantiene su estado cuántico durante más tiempo y es menos propenso a errores. Todavía funciona con principios similares al transmon, por lo que es posible manipularlo utilizando las mismas tecnologías de control.
Los investigadores señalan que esto es sólo un primer prototipo, por lo que con más optimi z ación y la integración de los recientes avances en nuevos materiales superconductores y los métodos de tratamiento de superficies que esperan que el rendimiento aumente aún más.
Pero el nuevo qubit que han diseñado los investigadores probablemente no sea su contribución más significativa. Al demostrar que incluso las computadoras cuánticas rudimentarias de hoy pueden ayudar a diseñar dispositivos futuros, han abierto la puerta a un círculo virtuoso que podría acelerar significativamente la innovación en este campo.
Crédito de la imagen: Pete Linforth de Pixabay
Fuente:
How Quantum Computers Can Be Used to Build Better Quantum Computers