¿Qué tan bueno son realmente las computadoras cuánticas de hoy en día?

Joi Ito https://www.flickr.com/photos/joi/494431001/

Las computadoras cuánticas han recibido mucha atención recientemente. Aunque algunos han sido equilibrados y bien informados, eso no ha sido cierto de todos. El bombo está empezando a aparecer, y un artículo espectacularmente desinformado incluso fue por un poco de temor.

Todo esto puede hacer que parezca que las computadoras cuánticas están a la vuelta de la esquina. En realidad, la industria de la computación cuántica todavía es solo su infancia. Aunque actualmente se están produciendo prototipos de dispositivos, no se pueden usar para nada que su computadora portátil no pueda hacer casi trivialmente. El desarrollo de estos dispositivos todavía se encuentra en los ámbitos de la ciencia básica, y probablemente lo seguirá siendo durante una década como mínimo.

El bombo y el efectivo están enturbiando la comprensión pública de la computación cuántica
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La mejor manera de vacunarse contra la exageración, y comprender realmente cómo se desarrollaron estos dispositivos, es jugar con ellos. Afortunadamente, no necesita su propia computadora: IBM le permite al público jugar con algunos de sus dispositivos.

Computación Cuántica – IBM Q – US
IBM está construyendo las primeras computadoras cuánticas universales para negocios y ciencia. www.research.ibm.com

Probar cosas en su Experiencia Cuántica le permite obtener rápidamente las manos con la genialidad de la computación cuántica, pero también es tremendamente honesto acerca de las limitaciones actuales.

Como un ejemplo explícito de esto, hice un juego. Esto está diseñado para usar todos los aspectos de un dispositivo cuántico para definir algunos rompecabezas simples. Al jugar, puedes tener una idea rápida de lo que puede hacer un procesador cuántico. Pero también verá rápidamente dónde están sus debilidades.

El juego se ha implementado para lo que actualmente es el procesador cuántico más avanzado: ibmqx3 de IBM.

decodoku / A_Game_to_Benchmark_Quantum_Computers
Contribuya al desarrollo de A_Game_to_Benchmark_Quantum_Computers creando una cuenta en GitHub. github.com

Todos los detalles técnicos se pueden encontrar en el enlace anterior, incluido el programa completo que se ejecuta en la computadora cuántica. Debe ser aprobado para que el programa beta realmente lo reproduzca. Así que aquí hay un juego que ejecuté antes.

Vamos a entrar directamente. Aquí está el primer acertijo.

Como puede ver, hay un montón de porcentajes. Estos están conectados por líneas, que están etiquetadas por letras.

Los porcentajes vienen en pares, que deberían ser bastante similares entre sí. Por ejemplo, hay un 11% y un 12% a cada lado de la línea S. Estos números son muy similares entre sí, y muy diferentes a los otros vecinos, por lo que podemos estar bastante seguros de que estos muchachos están emparejados.

El objetivo del rompecabezas es encontrar todos los pares. Ya hemos identificado el par S Ahora solo tenemos que hacer el resto.

El 50% en el lado izquierdo de la E ahora es fácil. Solo tiene dos vecinos, y uno ya se ha agotado. Entonces tiene que estar emparejado con el 49% del otro lado de la E. Eso nos da E como nuestro próximo par, y luego M también se vuelve obvio. Continuamos esto hasta que el rompecabezas esté hecho.

Luego es la ronda 2: un segundo rompecabezas.

Es un poco más difícil, pero todavía factible. El par N es bastante obvio, por ejemplo. Te dejaré pensar en el resto.

Una vez que todo está hecho, es la ronda 3.

Los porcentajes parecen estar siendo subidos a los 40 sy 50 s, haciendo que las parejas sean difíciles de distinguir. El par J es una excepción notable, pero el resto es una incógnita.

La cuarta ronda es aún peor.

No tengo idea de lo que está pasando aquí.

Entonces, ¿qué tiene esto que ver con las computadoras cuánticas? Los 16 porcentajes en el rompecabezas provienen de un bit cuántico diferente (o qubit) en el procesador ibmqx3 . Entonces, ya el juego nos dice algo sobre cuántos qubits tenemos para jugar.

Las instrucciones básicas en un procesador cuántico vienen en dos tipos: operaciones de qubit único y dos operaciones de qubits. Esto último no puede hacerse entre ningún par de qubits: solo se permiten ciertos emparejamientos. Estos son los mismos pares permitidos que en el juego. Por lo tanto, la naturaleza de la cuadrícula sobre la que se juega el juego también le informa sobre qué procesos están permitidos en el dispositivo. Si todos los qubits se sentaran en una fila, sería bastante basura tanto para el juego como para el diseño de algoritmos cuánticos. Un enrejado cuadrado sin enlaces faltantes sería genial. Como puede ver, ibmqx3 está en algún punto intermedio.

Al crear el rompecabezas para la primera ronda, el programa ejecutado en la computadora cuántica solo crea ese rompecabezas. Para la segunda ronda, el programa está un poco más involucrado: comienza por rehacer el primer rompecabezas, y luego usa inmediatamente las entradas que acaba de dar el jugador para deconstruirlo. Solo entonces crea finalmente el segundo rompecabezas.

La misma idea se usa en rondas más altas también. Cada una de las rondas anteriores se recrea y luego se desmonta antes de que finalmente se prepare la última ronda. Esto hace que el programa sea más y más largo a medida que el juego continúa.

Cuanto más largo sea el tiempo de ejecución, mayores serán las posibilidades de que ingrese ruido y lo arruine todo. Cuantos más errores haya, más difícil será ver la solución correcta, por lo que la dificultad aumentará en rondas más altas. Esto nos da otra idea sobre el dispositivo: qué tan grandes pueden ser los efectos del ruido.

Entonces ahora sabes lo bueno que es el dispositivo ibmqx3 . Viste lo grande que era el rompecabezas. Viste lo conectados que estaban los qubits y lo bueno que era un rompecabezas. Viste cuántas rondas tomó antes de que todo se estropeara. No necesita confiar en la exageración para informarle sobre el estado de la computación cuántica. Puedes descifrarlo por ti mismo.

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