(Phys.org) —Los físicos han demostrado experimentalmente un método puramente cuántico para resolver sistemas de ecuaciones lineales que tiene el potencial de funcionar exponencialmente más rápido que los mejores métodos clásicos. Los resultados muestran que la computación cuántica puede eventualmente tener aplicaciones prácticas de gran alcance, ya que la resolución de sistemas lineales se realiza comúnmente a lo largo de la ciencia y la ingeniería.

Los físicos dirigido por Haohua Wang en la Universidad de Zhejiang y Chao-Yang Lu y Xiaobo Zhu en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, junto con sus coautores de diversas instituciones en China, han publicado su artículo sobre lo que ellos denominan un "solucionador lineal cuántico" en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Por primera vez, hemos demostrado un algoritmo cuántico para resolver sistemas de ecuaciones lineales en un circuito cuántico superconductor, "Lu dijo Phys.org . "[Esta es] una de las mejores plataformas de estado sólido con una escalabilidad excelente y una alta fidelidad notable".

El algoritmo cuántico que implementaron se llama Harrow, Jasidim y el algoritmo de Lloyd (HHL), que previamente se demostró que tiene la capacidad, en principio, para conducir a una aceleración cuántica exponencial sobre los algoritmos clásicos. Sin embargo, hasta ahora esto no se ha demostrado experimentalmente.

En el nuevo estudio, los científicos demostraron que un circuito cuántico superconductor que ejecuta el algoritmo HHL puede resolver el tipo más simple de sistema lineal, que tiene dos ecuaciones con dos variables. El método usa solo cuatro qubits:un ancilla qubit (un componente universal de la mayoría de los sistemas de computación cuántica), y tres qubits que corresponden al vector de entrada B y las dos soluciones representadas por el vector solución X en el sistema lineal estándar A X = B , donde A es una matriz de 2 x 2.

Al realizar una serie de rotaciones, intercambios de estados, y conversiones binarias, el algoritmo HHL determina las soluciones a este sistema, que luego se puede leer mediante una medición cuántica de no demolición. Los investigadores demostraron el método utilizando 18 vectores de entrada diferentes y la misma matriz, generando diferentes soluciones para diferentes insumos. Como explican los investigadores, Es demasiado pronto para decir cuánto más rápido podría funcionar este método cuántico, ya que estos problemas se resuelven fácilmente con métodos clásicos.

"Todo el proceso de cálculo tarda aproximadamente un segundo, "Dijo Zhu." Es difícil comparar directamente la versión actual con los métodos clásicos ahora. En este trabajo, mostramos cómo resolver el sistema lineal 2 x 2 más simple, que puede resolverse por métodos clásicos en muy poco tiempo. El poder clave del algoritmo cuántico HHL es que, al resolver una matriz de sistema 's-escasa' de un tamaño muy grande, puede ganar una aceleración exponencial en comparación con el mejor método clásico. Por lo tanto, Sería mucho más interesante mostrar tal comparación cuando el tamaño de la ecuación lineal se escala a un sistema muy grande ".

Los investigadores esperan que, en el futuro, este circuito cuántico podría ampliarse para resolver sistemas lineales más grandes. También planean mejorar aún más el rendimiento del sistema haciendo algunos ajustes sencillos en la fabricación del dispositivo para reducir algunos de los errores en su implementación. Además, los investigadores quieren investigar cómo se podría utilizar el circuito para implementar otros algoritmos cuánticos para una variedad de aplicaciones a gran escala.

"Nuestra investigación futura se centrará en mejorar el rendimiento del hardware, incluyendo tiempos de coherencia más largos, puertas lógicas de mayor precisión, mayor número de qubits, diafonía inferior, mejor fidelidad de lectura, etc., ", Dijo Wang." Basado en la mejora del hardware, demostraremos y optimizaremos más algoritmos cuánticos para mostrar realmente el poder del procesador cuántico superconductor ".

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