Castar objetos cuánticos es mucho más extraño que barajar clásicos
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Las computadoras cuánticas pueden producir aleatoriedad mucho más fácilmente de lo que se pensaba anteriormente, un descubrimiento sorprendente que muestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre cómo El extraño reino de la física cuántica se cruza con el cálculo.
La aleatoriedad es un componente clave de muchas tareas computacionales: el pronóstico del clima, por ejemplo, implica simular el comportamiento atmosférico muchas veces, cada vez con una configuración inicial ligeramente diferente elegida al azar. Para las computadoras cuánticas, organizar sus bits cuánticos o qubits, en configuraciones aleatorias para producir resultados es una forma en que los investigadores han intentado demostrar ventaja cuánticadonde las computadoras cuánticas pueden hacer tareas que son efectivamente imposibles para las máquinas clásicas.
Configurar estas configuraciones aleatorias esencialmente significa barajar los qubits y la forma en que se unen varias veces, similar a la forma en que barajas un mazo de cartas. Pero al igual que un escritorio más grande de tarjetas es más difícil de manejar que uno más pequeño, se pensó que este proceso llevaba mucho más tiempo mientras agregaba más qubits a su sistema. Debido a que el combate aumenta las posibilidades de arruinar el delicado estado cuántico de los Qbits, esto significaba que muchas aplicaciones útiles que dependían de la aleatoriedad se limitaban a pequeñas computadoras cuánticas.
Ahora, Thomas Schuster En el Instituto de Tecnología de California y sus colegas han descubierto que estas secuencias aleatorias se pueden producir con menos barajas de lo que pensamos, lo que abre la posibilidad de usar secuencias QBIT dispuestas aleatorias que anteriormente habrían sido demasiado complejas para implementar en computadoras cuánticas más grandes.
Para mostrar esto, Schuster y su equipo imaginaron dividir una colección de qubits en bloques más pequeños, y luego demostraron matemáticamente que estos bloques podrían producir una secuencia aleatoria. Luego, demostraron que estos bloques de qubit más pequeños podrían “pegarse” juntos, creando una versión bien emplomada del conjunto original de qubits de una manera que no necesariamente esperaría.
“Es muy sorprendente, porque puedes demostrar que cosas similares no son válidas para los generadores de números aleatorios en los sistemas clásicos”, dice Schuster. Por ejemplo, arrastrar un mazo de cartas en bloques sería muy notable, porque las cartas en el bloque superior siempre permanecerían cerca de la cima. Esto no es cierto en el caso cuántico, porque el barajamiento cuántico crea una superposición aleatoria de todas las reorganizaciones posibles.
“Este es un objeto mucho más complicado que un Shuffler clásico. Por ejemplo, el orden de las tarjetas superiores ya no se fija, porque somos una superposición de muchos reordenamientos posibles, por lo que si intento el enfoque clásico anterior y medir la ubicación de las tarjetas superiores después de barajar, solo recibiré resultados aleatorios cada vez, que no contienen información sobre el shuffling en cualquier lugar”, dice Schuster. “Es realmente una especie de fenómeno nuevo e intrínsecamente cuántico”.
“Este tipo de comportamiento cuántico aleatorio, todos esperamos ser extremadamente difícil de generar, y aquí los autores demostraron que podía hacerlo esencialmente tan eficientemente como se pueda imaginar”, dice “, dice Pieter Claeys en el Instituto Max Planck para la Física de los Sistemas Complejos en Alemania. “Fue un hallazgo muy sorprendente”.
“Los circuitos cuánticos aleatorios tienen una gran cantidad de usos como ingredientes en algoritmos cuánticos, e incluso para demostrar la llamada supremacía cuántica”, dice Ashley Montanaro en la Universidad de Bristol, Reino Unido. “Los autores ya identifican numerosas aplicaciones en información cuántica, y espero que otros sigan”. Por ejemplo, facilitaría el tipo de experimentos de ventaja cuántica que los investigadores han realizado anteriormente, aunque Montanaro advierte que esto a su vez no significa que obtener los beneficios prácticos de tal ventaja está más cerca.
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