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Google Presenta una Computadora Quantum 72-Qubit: al borde de la Supremacía Cuántica


La supremacía cuántica puede estar dentro de unos años ya que los investigadores se esfuerzan por superar los desafíos de mantener estos sistemas exóticos estables y libres de errores para que sean realmente útiles en cálculos más complejos. A medida que la complejidad aumenta, también lo hace la estabilidad del sistema Disminuir, por lo que los investigadores tienen que encontrar formas novedosas de no solo expandir el alcance de la computadora cuántica, sino también estabilizarla. Que la supremacía cuántica esté a unos años de distancia debería suscitar un suspiro de alivio de los usuarios, ya que significa que nuestra encriptación actual las técnicas serán relevantes por mucho más tiempo, sin embargo, es realmente solo una cuestión de tiempo antes de que los esquemas de cifrado basados ​​en cuánticos sean necesarios para mantener el status quo. Por supuesto, las computadoras de propósito general evolucionarán y seguirán evolucionando rendimiento también, por lo que la supremacía cuántica puede encontrarse persiguiendo a la gallina, por así decirlo, por un poco más de tiempo).

El objetivo del laboratorio Google Quantum AI es construir una computadora cuántica que se pueda usar para resolver problemas del mundo real. Nuestra estrategia es explorar aplicaciones a corto plazo usando sistemas que son compatibles con una computadora cuántica corregida por error universal a gran escala. Para que un procesador cuántico pueda ejecutar algoritmos más allá del alcance de las simulaciones clásicas, no solo requiere una gran cantidad de qubits. Fundamentalmente, el procesador también debe tener bajas tasas de error en lectura y operaciones lógicas, como compuertas simples y de dos qubits.

Hoy presentamos Bristlecone, nuestro nuevo procesador cuántico, en la reunión anual de la American Physical Society en Los Ángeles. El objetivo de este sistema superconductor basado en compuertas es proporcionar un banco de pruebas para investigar las tasas de error del sistema y la escalabilidad de nuestra tecnología de qubits, así como aplicaciones en simulación cuántica, optimización y aprendizaje automático.

El principio de diseño guía para este dispositivo es preservar la física subyacente de nuestra anterior tecnología de matriz lineal de 9-qubits, que demostró bajas tasas de error para lectura (1%), puertas de qubit único (0.1%) y lo más importante puertas de dos qubits (0.6%) como nuestro mejor resultado. Este dispositivo usa el mismo esquema para el acoplamiento, control y lectura, pero se escala a una matriz cuadrada de 72 qubits. Elegimos un dispositivo de este tamaño para poder demostrar la supremacía cuántica en el futuro, investigar la corrección de errores de primer y segundo orden utilizando el código de superficie y facilitar el desarrollo del algoritmo cuántico en el hardware real.

Antes de investigar aplicaciones específicas, es importante cuantificar las capacidades de un procesador cuántico. Nuestro equipo de teoría ha desarrollado una herramienta de evaluación comparativa para exactamente esta tarea. Podemos asignar un solo error de sistema aplicando circuitos cuánticos aleatorios al dispositivo y comprobando la distribución de salida muestreada contra una simulación clásica. Si un procesador cuántico puede ser operado con un error lo suficientemente bajo, sería capaz de superar a un superordenador clásico en un problema informático bien definido, un logro conocido como supremacía cuántica. Estos circuitos aleatorios deben ser grandes tanto en número de qubits como en longitud computacional (profundidad). Aunque nadie ha logrado este objetivo, calculamos que la supremacía cuántica se puede demostrar cómodamente con 49 qubits, una profundidad de circuito superior a 40 y un error de dos qubits por debajo del 0,5%. Creemos que la demostración experimental de un procesador cuántico superando a una supercomputadora sería un momento decisivo para nuestro campo, y sigue siendo uno de nuestros objetivos clave.

Estamos buscando lograr un rendimiento similar a las mejores tasas de error del dispositivo de 9 qubits, pero ahora a través de los 72 qubits de Bristlecone. Creemos que Bristlecone sería una convincente prueba de principio para construir computadoras cuánticas de mayor escala. Operar un dispositivo como Bristlecone con un bajo error de sistema requiere la armonía entre una pila completa de tecnología que abarca desde el software y la electrónica de control hasta el procesador en sí. Hacer esto bien requiere una cuidadosa ingeniería de sistemas en varias iteraciones.

Somos cautelosamente optimistas de que la supremacía cuántica se puede lograr con Bristlecone, y sentimos que aprender a construir y operar dispositivos a este nivel de rendimiento es un desafío emocionante. Esperamos compartir los resultados y permitir a los colaboradores realizar experimentos en el futuro.

Fuente: Blog de Google Research


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