Las cosas se están poniendo reales para los investigadores del grupo John Martinis / Google de UC Santa Bárbara. Están cumpliendo sus intenciones de declarar la supremacía en una reñida carrera mundial para construir la primera máquina cuántica que supere a las mejores supercomputadoras clásicas del mundo.

Pero, ¿qué es la supremacía cuántica en un campo donde los horizontes se amplían de forma regular? en el que los equipos de las mentes de computación cuántica más brillantes del mundo suben rutinariamente la apuesta inicial en cuanto al número y tipo de bits cuánticos ("qubits") que pueden construir, cada uno con su propia gama de cualidades?

"Definamos eso, porque es un poco vago, ", dijo el investigador de Google Charles Neill. En pocas palabras, él continuó, "Nos gustaría realizar un algoritmo o cálculo que no se podría hacer de otra manera. Eso es lo que realmente queremos decir".

Neill es el autor principal del nuevo artículo del grupo, "Un plan para demostrar la supremacía cuántica con qubits superconductores, "ahora publicado en la revista Ciencias .

Afortunadamente, la naturaleza ofrece muchas situaciones tan complejas, en el que las variables son tan numerosas e interdependientes que las computadoras clásicas no pueden mantener todos los valores y realizar las operaciones. Piense en reacciones químicas interacciones fluidas, incluso cambios de fase cuántica en sólidos y una serie de otros problemas que han intimidado a los investigadores en el pasado. Algo del orden de al menos 49 qubits, aproximadamente equivalente a un petabyte (un millón de gigabytes) de memoria de acceso aleatorio clásica, podría poner a una computadora cuántica en pie de igualdad con las supercomputadoras del mundo. Hace poco, Los colegas de Neill en Google / Martinis anunciaron un esfuerzo hacia la supremacía cuántica con un chip de 72 qubit que posee una arquitectura de "bristlecone" que aún no se ha puesto a prueba.

Pero según Neill, es más que el número de qubits disponibles.

"Tienes que generar algún tipo de evolución en el sistema que te lleve a usar cada estado que tenga un nombre asociado, ", dijo. El poder de la computación cuántica radica en, entre otras cosas, la superposición de estados. En las computadoras clásicas, cada bit puede existir en uno de dos estados:cero o uno, apagado o encendido, verdadero o falso, pero los qubits pueden existir en un tercer estado que es una superposición de cero y uno, aumentando exponencialmente el número de estados posibles que un sistema cuántico puede explorar.

Adicionalmente, dicen los investigadores, la fidelidad es importante, porque la potencia de procesamiento masiva no vale mucho si no es precisa. La decoherencia es un desafío importante para cualquiera que construya una computadora cuántica:perturbar el sistema, la información cambia. Espere unas centésimas de segundo demasiado, la información cambia de nuevo.

"La gente puede construir sistemas de 50 qubit, pero tienes que preguntar qué tan bien calculó lo que querías que calcule, "Dijo Neill." Esa es una pregunta crítica. Es la parte más difícil del campo ". Los experimentos con sus qubits superconductores han demostrado una tasa de error del uno por ciento por qubit con sistemas de tres y nueve qubits, cuales, ellos dicen, se pueden reducir a medida que aumentan, mediante mejoras en el hardware, calibración, materiales arquitectura y aprendizaje automático.

Construyendo un sistema de qubit completo con componentes de corrección de errores, los investigadores estiman un rango de 100, 000 a un millón de qubits:es factible y forma parte del plan. Y todavía faltan años. Pero eso no significa que su sistema no sea capaz de hacer un trabajo pesado. Recientemente se implementó, con espectroscopia, sobre la cuestión de la localización de muchos cuerpos en un cambio de fase cuántica:una computadora cuántica que resuelve un problema de mecánica estadística cuántica. En ese experimento, el sistema de nueve qubit se convirtió en un simulador cuántico, utilizando fotones que rebotan en su matriz para mapear la evolución de los electrones en un sistema de aumento, pero altamente controlado, trastorno.

"Una buena razón por la que nuestra fidelidad fue tan alta es porque podemos alcanzar estados complejos en muy poco tiempo, ", Explicó Neill. Cuanto más rápido un sistema pueda explorar todos los estados posibles, cuanto mejor sea la predicción de cómo evolucionará un sistema, él dijo.

Si todo va bien el mundo debería ver pronto una computadora cuántica UCSB / Google practicable. Los investigadores están ansiosos por ponerlo a prueba, obtener respuestas a preguntas que antes solo eran accesibles a través de la teoría, extrapolación y conjeturas altamente educadas, y abriendo un nivel completamente nuevo de experimentos e investigación.

"Definitivamente es muy emocionante, "dijo el investigador de Google Pedram Roushan, que dirigió el trabajo de simulación cuántica de muchos cuerpos publicado en Ciencias en 2017. Esperan que sus primeros trabajos se mantengan cerca de casa, como la investigación en física de materia condensada y mecánica estadística cuántica, pero planean expandirse a otras áreas, incluyendo química y materiales, a medida que la tecnología se vuelve más refinada y accesible.

"Por ejemplo, saber si una molécula formaría o no un enlace o reaccionaría de alguna otra manera con otra molécula para alguna nueva tecnología ... hay algunos problemas importantes que no se pueden estimar aproximadamente; realmente dependen de los detalles y de una potencia computacional muy fuerte, "Roushan dijo, insinuando que dentro de unos años es posible que puedan proporcionar un acceso más amplio a esta potencia informática. "Para que pueda obtener una cuenta, inicie sesión y explore el mundo cuántico ".