Otra computadora cuántica alcanzó la ventaja cuántica: ¿importa?

Una computadora cuántica puede haber alcanzado la “ventaja cuántica” al llevar a cabo una tarea que está firmemente fuera del alcance de las mejores supercomputadoras del mundo. Los expertos han estimado que replicar el cálculo en una máquina clásica tomaría billones de billones de veces la edad del universo. Pero, ¿qué significa esta hazaña para el desarrollo de computadoras cuánticas verdaderamente prácticas?

El nuevo poseedor de registros es una computadora cuántica llamada Jiuzhang 4.0 que hace cálculos utilizando partículas de luz o fotones. Chao-yang lu En la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y sus colegas lo usaron para el muestreo de bosones gaussianos (GBS), una tarea en la que se mide una muestra de fotones después de que las partículas han viajado a través de la extensión y compleja disposición de los espejos y los divisores de haz.

Los registros anteriores para esta tarea involucraron menos de 300 fotones, pero en este caso Jiuzhang usó 3090 partículas. Esa es una mejora de diez veces, lo que indica un aumento en la potencia computacional. Lu y sus colegas estimaron que un algoritmo de vanguardia en la supercomputadora más poderosa del mundo tomaría 10⁴² años para simular lo que Jiuzhang completó en 25.6 microsegundos.

“Los resultados son, sin duda, un logro técnico impresionante”, dice Jonathan Lavoie en el inicio de computación cuántica canadiense Xanadu, que tenía un registro de GBS anterior de 219 fotones. Chris Langer En la empresa de computación cuántica Quantinuum, que ha demostrado previamente una ventaja cuántica con un tipo diferente de computadora cuántica, dice que este es un avance significativo. “Creo que es importante que los sistemas cuánticos puedan demostrar que no son simulables”, dice.

Pero una máquina Jiuzhang ha estado aquí antes. Varias veces, los investigadores utilizaron versiones anteriores de la computadora cuántica para demostrar GBS con un alto número de fotones que parecían imposibles de simular para las computadoras tradicionales. Siempre, fueron frustrados Como computadoras clásicas replicó sus resultadosa veces en menos de una hora.

Bill Fefferman En la Universidad de Chicago en Illinois, que trabajó en uno de estos algoritmos clásicos victoriosos, dice que una preocupación crucial ha impedido el dispositivo fotónico: muchos fotones se pierden a medida que se mueven a través de la computadora cuántica, por lo que el dispositivo es ruidoso. “Aquí, redujeron sus tasas de ruido, y al mismo tiempo hicieron que el experimento sea más grande, lo que, al menos en este momento, parece hacer que nuestro algoritmo luche”, dice Fefferman.

Lu dice que superar la pérdida de fotones fue el mayor desafío que su equipo tuvo que conocer en el nuevo experimento. Pero Jiuzhang todavía no está completamente libre de ruido, lo que deja algo de espacio para nuevas estrategias de simulación clásica para desafiar el estado de su campeón.

“En mi opinión, aún no están en el régimen, donde podemos estar seguros de que no es posible tal estrategia”, dice Jelmer Renema en la Universidad de Twente en los Países Bajos.

Aquí hay un “ciclo virtuoso”, donde la competencia entre algoritmos clásicos y dispositivos cuánticos nos sigue acercando a comprender el límite esquivo entre los mundos clásicos y cuánticos, dice Fefferman. En términos de ciencia fundamental, esta es una victoria para todos, pero si mueve la computación cuántica hacia máquinas que son más poderosas de manera útil es un problema separado.

Langer dice que GBS es un “punto de referencia de nivel de entrada” en el sentido de que establece la diferencia de una computadora cuántica de las computadoras convencionales, pero el logro no se refleja directamente sobre la utilidad de la computadora. Desde el punto de vista de la rigurosa teoría matemática, es difícil evaluar cuándo GBS es evidencia de “pistola” de ventaja cuántica e identificar una ruta clara para hacer una máquina que sobresale en GBS en una que sobresale en una tarea más aplicada, dice Nicolás quesada en Polytechnique Montreal en Canadá.

Esto se debe en parte a que el hardware de Jiuzhang es altamente especializado, por lo que la computadora cuántica no puede programarse para llevar a cabo cualquier cálculo. “Si bien puede demostrar una ventaja computacional para una tarea estrecha, carece de elementos cruciales para el cálculo cuántico tolerante a fallas y útil”, dice Lavoie. Aquí, la tolerancia a fallas se refiere a los cálculos donde la computadora cuántica se identifica y Corrige sus propios erroresuna habilidad desde hace mucho tiempo que aún no se ha logrado en computadoras cuánticas prácticas.

Al mismo tiempo, Lu y su equipo han presentado varias aplicaciones para la capacidad excepcional de Jiuzhang cuando se trata de GBS. El proceso puede mejorar los cálculos relevantes para el reconocimiento de imágenes, química y ciertos problemas matemáticos relacionados con el aprendizaje automático. Fabio Sciarrino En la Universidad de Roma de Sapienza en Italia, dice que este enfoque de la computación cuántica todavía está en su infancia, pero si tiene éxito, podría dar lugar a un paradigma completamente nuevo.

Específicamente, los avances en el hardware, como este último dispositivo Jiuzhang, podrían permitir a los investigadores construir computadoras cuánticas excepcionales basadas en la luz, dice Sciarrino. Se programarían de una manera completamente nueva y sobresalirían en tareas relacionadas con el aprendizaje automático.