• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    Los investigadores demuestran un nuevo camino hacia la computación cuántica confiable

    Crédito:CC0 Public Domain

    Investigadores de la Universidad de Chicago publicaron una técnica novedosa para mejorar la confiabilidad de las computadoras cuánticas al acceder a niveles de energía más altos de lo que tradicionalmente se consideraba. La mayor parte del trabajo anterior en computación cuántica se ocupa de "qubits, "el análogo cuántico de bits binarios que codifican cero o uno. En cambio, el nuevo trabajo aprovecha" qutrits, "análogos cuánticos de trits de tres niveles capaces de representar cero, uno o dos.

    El grupo UChicago trabajó junto a investigadores de la Universidad de Duke. Ambos grupos forman parte de la colaboración EPiQC (Habilitación de la computación cuántica a escala práctica), una expedición NSF en informática. La investigación interdisciplinaria de EPiQC abarca desde el desarrollo de algoritmos y software hasta el diseño de arquitectura y hardware, con el objetivo final de comprender más rápidamente el enorme potencial de la computación cuántica para el descubrimiento científico y la innovación informática.

    Acceder a niveles de energía más altos

    El trabajo puede verse en el contexto de una compensación fundamental entre el espacio y el tiempo que es común en la informática:los programas pueden acelerarse utilizando más memoria, o alternativamente, Los programas pueden reducir los requisitos de memoria al incurrir en tiempos de ejecución más largos. Pero en el contexto de la computación cuántica, donde las máquinas a corto plazo están severamente restringidas tanto en memoria como en tiempo de ejecución, ninguna de estas compensaciones es aceptable.

    La solución que descubrió el equipo de EPiQC fue romper la abstracción del uso de qubits binarios. "Si bien la lógica binaria tiene sentido para la física intermitente subyacente a las computadoras convencionales, El hardware cuántico no es intrínsecamente binario, "explica el investigador Pranav Gokhale, estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago. De hecho, los estados en una computadora cuántica pertenecen a un espectro infinito, por lo que el qubit es simplemente una opción diseñada artificialmente de usar solo dos de los estados.

    Crédito:Universidad de Chicago

    El equipo descubrió que al permitir el uso de tres estados a través de qutrits, una de las operaciones fundamentales en la computación cuántica es exponencialmente más rápida sin requerir memoria adicional. El equipo verificó su descubrimiento con simulaciones realizadas en condiciones de ruido realistas.

    "Los abandonos tienen un costo, dado que la presencia de un estado adicional implica más posibles fuentes de error, "dijo Gokhale." No obstante, nuestras simulaciones demuestran que los qutrits tienen una ventaja convincente con una confiabilidad de dos a diez veces mayor que los algoritmos de solo qubit para evaluaciones comparativas a corto plazo ".

    Cerrando la brecha entre hardware y software

    El descubrimiento del equipo coincide con el enfoque interdisciplinario de EPiQC para cerrar la brecha entre el hardware y el software cuánticos. Una etapa inicial de este trabajo se presentó en la Conferencia de Procesamiento de Información Cuántica en enero, donde ganó el premio al mejor cartel. Desde entonces, la investigación se ha ajustado para que coincida con los modelos de hardware sofisticados desarrollados en conjunto con expertos que trabajan en computadoras cuánticas de iones atrapados y superconductores.

    "Al adaptar algoritmos para aprovechar las capacidades únicas del hardware cuántico, nos damos cuenta de las ganancias de eficiencia que de otro modo estarían ocultas detrás de las barreras de abstracción entre el hardware y el software, "señala Fred Chong, Seymour Goodman, profesor de Ciencias de la Computación en UChicago e investigador principal de EPiQC. "En este caso, nuestro modelado de hardware nos llevó a revisar y desafiar la sabiduría convencional de que la operación binaria es la mejor para la computación ".

    El documento completo "Mejoras asintóticas de los circuitos cuánticos a través de Qutrits, "ahora está publicado en arXiv.

    © Ciencia https://es.scienceaq.com