{"id":27369,"date":"2022-06-07T09:04:03","date_gmt":"2022-06-07T15:04:03","guid":{"rendered":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=27369"},"modified":"2022-06-07T09:04:03","modified_gmt":"2022-06-07T15:04:03","slug":"un-dispositivo-fotonico-cuantico-tardo-microsegundos-en-realizar-una-tarea-en-la-que-una-computadora-convencional-pasaria-9000-anos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/computacion-cuantica\/un-dispositivo-fotonico-cuantico-tardo-microsegundos-en-realizar-una-tarea-en-la-que-una-computadora-convencional-pasaria-9000-anos\/","title":{"rendered":"Un dispositivo fot\u00f3nico cu\u00e1ntico tard\u00f3 microsegundos en realizar una tarea en la que una computadora convencional pasar\u00eda 9,000 a\u00f1os"},"content":{"rendered":"

\u00bfEst\u00e1n sobrevaloradas las computadoras cu\u00e1nticas?<\/span><\/p>\n

Un nuevo estudio<\/a>\u00a0en\u00a0Nature<\/i>\u00a0dice que no.\u00a0Un dispositivo cu\u00e1ntico ingeniosamente dise\u00f1ado desarrollado por Xanadu, una empresa con sede en Toronto, Canad\u00e1, destruy\u00f3 las computadoras convencionales en una tarea de referencia que de otro modo llevar\u00eda m\u00e1s de 9.000 a\u00f1os.<\/span><\/p>\n

Para el chip cu\u00e1ntico Borealis, las respuestas llegaron en 36\u00a0microsegundos<\/i>\u00a0.<\/span><\/p>\n

El logro de Xanadu es el \u00faltimo en demostrar el poder de la\u00a0computaci\u00f3n<\/a>\u00a0cu\u00e1ntica sobre las computadoras convencionales, una idea aparentemente simple denominada ventaja cu\u00e1ntica.<\/span><\/p>\n

Te\u00f3ricamente, el concepto tiene sentido.\u00a0A diferencia de las computadoras convencionales, que calculan en secuencia usando bits binarios (0 o 1), los dispositivos cu\u00e1nticos aprovechan la rareza del mundo cu\u00e1ntico, donde 0 y 1 pueden existir al mismo tiempo con diferentes probabilidades.\u00a0Los datos se procesan en qubits, una unidad sin compromiso que realiza simult\u00e1neamente m\u00faltiples c\u00e1lculos gracias a su f\u00edsica \u00fanica.<\/span><\/p>\n

\u00bfTraducci\u00f3n?\u00a0Una computadora cu\u00e1ntica es como una multitarea hipereficiente, mientras que las computadoras convencionales son mucho m\u00e1s lineales.\u00a0Cuando se le presenta el mismo problema, una computadora cu\u00e1ntica deber\u00eda ser capaz de derrotar a cualquier\u00a0supercomputadora<\/a>\u00a0en cualquier problema en t\u00e9rminos de velocidad y eficiencia.\u00a0La idea, denominada “supremac\u00eda cu\u00e1ntica”, ha sido la fuerza impulsora para impulsar una nueva generaci\u00f3n de computadoras completamente ajenas a todo lo que se hizo anteriormente.<\/span><\/p>\n

\u00bfEl problema?\u00a0Probar la supremac\u00eda cu\u00e1ntica es extremadamente dif\u00edcil.\u00a0A medida que los dispositivos cu\u00e1nticos abandonan cada vez m\u00e1s el laboratorio para resolver m\u00e1s problemas del mundo real, los cient\u00edficos adoptan un punto de referencia intermedio: la ventaja cu\u00e1ntica, que es la idea de que una computadora cu\u00e1ntica puede vencer a una convencional en una sola tarea, cualquier tarea.<\/span><\/p>\n

En 2019, Google\u00a0rompi\u00f3 Internet<\/a>\u00a0mostrando el primer ejemplo de una computadora cu\u00e1ntica, Sycamore, que resolvi\u00f3 un problema computacional en solo 200 segundos con 54 qubits, en comparaci\u00f3n con la estimaci\u00f3n de 10,000 a\u00f1os de una supercomputadora convencional.\u00a0Un equipo chino<\/a>\u00a0pronto sigui\u00f3 con un segundo escaparate fascinante de la ventaja computacional cu\u00e1ntica, con la m\u00e1quina arrojando respuestas que le llevar\u00edan a una supercomputadora m\u00e1s de dos mil millones de a\u00f1os.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, queda una pregunta crucial: \u00bfalguno de estos dispositivos cu\u00e1nticos est\u00e1 siquiera cerca de estar listo para un uso pr\u00e1ctico?<\/span><\/p>\n

Un redise\u00f1o dr\u00e1stico<\/span><\/h3>\n

Es f\u00e1cil olvidar que las computadoras se basan en la f\u00edsica.\u00a0Nuestro sistema actual, por ejemplo, utiliza\u00a0electrones y\u00a0<\/a>chips<\/a>\u00a0ingeniosamente dise\u00f1ados\u00a0para realizar sus funciones.\u00a0Las computadoras cu\u00e1nticas son similares, pero se basan en una f\u00edsica de part\u00edculas alternativa.\u00a0Las generaciones iniciales de m\u00e1quinas cu\u00e1nticas parec\u00edan candelabros delicados y relucientes.\u00a0Si bien son absolutamente hermosos, en comparaci\u00f3n con un chip de tel\u00e9fono inteligente compacto, tambi\u00e9n son completamente poco pr\u00e1cticos.\u00a0El hardware a menudo requiere climas estrictamente controlados, por ejemplo, una temperatura cercana al cero absoluto, para reducir la interferencia y aumentar la eficacia de la computadora.<\/span><\/p>\n

El concepto central de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica es el mismo: los qubits procesan datos en superposici\u00f3n, una peculiaridad de la f\u00edsica cu\u00e1ntica que les permite codificar 0, 1 o ambos al mismo tiempo.\u00a0El hardware que apoya la idea difiere enormemente.<\/span><\/p>\n

Sycamore de Google, por ejemplo, utiliza bucles met\u00e1licos superconductores, una configuraci\u00f3n popular entre otros gigantes tecnol\u00f3gicos, incluida IBM, que present\u00f3 Eagle, un potente\u00a0chip cu\u00e1ntico de 127 qubits<\/a>\u00a0en 2021 que tiene aproximadamente el tama\u00f1o de una moneda de veinticinco centavos.\u00a0Otras iteraciones de compa\u00f1\u00edas como\u00a0Honeywell<\/a>\u00a0e IonQ adoptaron un enfoque diferente, aprovechando los iones (\u00e1tomos con uno o m\u00e1s electrones eliminados) como su fuente principal para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/span><\/p>\n

Otra idea se basa en fotones o part\u00edculas de luz.\u00a0Ya se ha demostrado su utilidad: la demostraci\u00f3n china de la ventaja cu\u00e1ntica, por ejemplo, utiliz\u00f3 un dispositivo fot\u00f3nico.\u00a0Pero la idea tambi\u00e9n ha sido rechazada como un mero trampol\u00edn hacia la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica en lugar de una soluci\u00f3n pr\u00e1ctica, en gran parte debido a las dificultades de ingenier\u00eda y configuraci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Una revoluci\u00f3n fot\u00f3nica<\/span><\/h3>\n

El equipo de Xanadu demostr\u00f3 que los detractores estaban equivocados.\u00a0El nuevo chip, Borealis, es marginalmente similar al del estudio chino en el sentido de que utiliza fotones, en lugar de materiales superconductores o iones, para la computaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Pero tiene una gran ventaja: es programable.\u00a0“Los experimentos anteriores generalmente se basaban en redes est\u00e1ticas, en las que cada componente se fija una vez fabricado”,\u00a0explic\u00f3<\/a>\u00a0el Dr. Daniel Jost Brod de la Universidad Federal Fluminense de R\u00edo de Janeiro en Brasil, que no particip\u00f3 en el estudio.\u00a0La demostraci\u00f3n anterior de la ventaja cu\u00e1ntica en el estudio chino utiliz\u00f3 un chip est\u00e1tico.\u00a0Sin embargo, con Borealis, los elementos \u00f3pticos “pueden programarse f\u00e1cilmente”, lo que lo convierte en un dispositivo menos de un solo uso y m\u00e1s en una computadora real potencialmente capaz de resolver m\u00faltiples problemas.\u00a0(El patio de juegos cu\u00e1ntico est\u00e1\u00a0disponible en la nube<\/a>\u00a0para que cualquiera pueda experimentar y explorar una vez que se registre).<\/span><\/p>\n

La flexibilidad del chip proviene de una ingeniosa actualizaci\u00f3n de dise\u00f1o, un “esquema innovador [que] ofrece un control impresionante y potencial para escalar”, dijo Brod.<\/span><\/p>\n

El equipo se concentr\u00f3 en un problema llamado\u00a0muestreo de bosones gaussianos<\/a>\u00a0, un punto de referencia para evaluar la destreza de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.\u00a0La prueba, aunque es extraordinariamente dif\u00edcil desde el punto de vista computacional, no tiene mucho impacto en los problemas del mundo real.\u00a0Sin embargo, al igual que el ajedrez o Go para medir el rendimiento de la IA, act\u00faa como un juez imparcial para examinar el rendimiento de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.\u00a0Es una especie de “est\u00e1ndar de oro”: “El muestreo de bosones gaussianos es un esquema dise\u00f1ado para demostrar las ventajas de los dispositivos cu\u00e1nticos sobre las computadoras cl\u00e1sicas”, explic\u00f3 Brod.<\/span><\/p>\n

La configuraci\u00f3n es como una tienda de espejos de carnaval en una pel\u00edcula de terror.\u00a0Los estados especiales de luz (y fotones), divertidos llamados ”\u00a0estados comprimidos”, se<\/a>\u00a0canalizan en el chip integrado con una red de divisores de haz.\u00a0Cada divisor de haz act\u00faa como un espejo semirreflectante: dependiendo de c\u00f3mo incide la luz, se divide en varias hijas, algunas se reflejan y otras pasan.\u00a0Al final del artilugio hay una serie de detectores de fotones.\u00a0Cuantos m\u00e1s divisores de haz, m\u00e1s dif\u00edcil es calcular c\u00f3mo un fot\u00f3n individual terminar\u00e1 en un detector determinado.<\/span><\/p>\n

Como otra visualizaci\u00f3n: imagine una m\u00e1quina de frijoles, un tablero con clavijas revestido de vidrio.\u00a0Para jugar, dejas caer un disco en las clavijas en la parte superior.\u00a0A medida que el disco cae, golpea aleatoriamente diferentes clavijas y finalmente aterriza en una ranura numerada.<\/span><\/p>\n

El muestreo de bosones gaussianos reemplaza los discos con fotones, con el objetivo de detectar qu\u00e9 fot\u00f3n aterriza en qu\u00e9 ranura del detector.\u00a0Debido a las propiedades cu\u00e1nticas, las posibles distribuciones resultantes crecen exponencialmente, superando r\u00e1pidamente cualquier potencia de supercomputadora.\u00a0Es un punto de referencia excelente, explic\u00f3 Brod, en gran parte porque entendemos la f\u00edsica subyacente, y la configuraci\u00f3n sugiere que incluso unos pocos cientos de fotones pueden desafiar a las supercomputadoras.<\/span><\/p>\n

Aceptando el desaf\u00edo, el nuevo estudio reinvent\u00f3 un dispositivo cu\u00e1ntico fot\u00f3nico con unos admirables 216 qubits.\u00a0En contradicci\u00f3n con los dise\u00f1os cl\u00e1sicos, el dispositivo calcul\u00f3 los fotones en intervalos de tiempo de llegada en lugar del est\u00e1ndar de direcci\u00f3n anterior.\u00a0El truco consist\u00eda en introducir bucles de fibras \u00f3pticas para retrasar los fotones para que pudieran interferir en puntos espec\u00edficos importantes para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/span><\/p>\n

Estos ajustes llevaron a un dispositivo muy reducido.\u00a0La gran red habitual de divisores de haz, normalmente necesarios para las comunicaciones de fotones, se puede reducir a solo tres para adaptarse a todos los retrasos necesarios para que los fotones interact\u00faen y calculen la tarea.\u00a0Los dise\u00f1os de bucle, junto con otros componentes, tambi\u00e9n son “f\u00e1cilmente programables” en el sentido de que un divisor de haz se puede ajustar en tiempo real, como editar c\u00f3digo de computadora, pero a nivel de hardware.<\/span><\/p>\n

El equipo tambi\u00e9n super\u00f3 una verificaci\u00f3n de cordura est\u00e1ndar, certificando que los datos de salida eran correctos.<\/span><\/p>\n

Por ahora, los estudios que muestran de manera confiable la supremac\u00eda cu\u00e1ntica siguen siendo escasos.\u00a0Las computadoras convencionales tienen una ventaja de medio siglo.\u00a0A medida que los algoritmos siguen evolucionando en las computadoras convencionales, especialmente aquellas que aprovechan los potentes chips centrados en la IA o los dise\u00f1os de computaci\u00f3n\u00a0neurom\u00f3rfica<\/a>\u00a0, es posible que incluso superen f\u00e1cilmente a los dispositivos cu\u00e1nticos, dej\u00e1ndolos luchando por ponerse al d\u00eda.<\/span><\/p>\n

Pero esa es la diversi\u00f3n de la persecuci\u00f3n.\u00a0\u201cLa ventaja cu\u00e1ntica no es un umbral bien definido, basado en una sola figura de m\u00e9rito.\u00a0Y a medida que se desarrollen los experimentos, tambi\u00e9n lo har\u00e1n las t\u00e9cnicas para simularlos; podemos esperar que los dispositivos cu\u00e1nticos y los algoritmos cl\u00e1sicos establezcan r\u00e9cords en el futuro cercano y se turnen para desafiarse entre s\u00ed por el primer puesto\u201d, dijo Brod.<\/span><\/p>\n

\u201cPuede que no sea el final de la historia\u201d, continu\u00f3.\u00a0Pero el nuevo estudio \u201ces un salto adelante para la f\u00edsica cu\u00e1ntica en esta carrera\u201d.<\/span><\/p>\n

Fuente:<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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