Una nueva prueba para verificar si una computadora cuántica está dando respuestas correctas a preguntas más allá del alcance de la computación tradicional podría ayudar a que se realice la primera computadora cuántica que puede superar a una computadora clásica.

Al crear un protocolo que permite que una computadora cuántica verifique sus propias respuestas a problemas difíciles, Los científicos de la Universidad de Warwick han proporcionado un medio para confirmar que una computadora cuántica funciona correctamente sin un uso excesivo de recursos.

Samuele Ferracin, Theodoros Kapourniotis y el Dr. Animesh Datta del Departamento de Física de la Universidad han abordado recientemente este problema en un artículo para el Nueva Revista de Física , publicado hoy.

Los investigadores han desarrollado un protocolo para cuantificar los efectos del ruido en las salidas de las computadoras cuánticas. El ruido se define como cualquier cosa que afecte al hardware de una máquina cuántica pero que esté más allá del control del usuario. como fluctuaciones de temperatura o fallas en la fabricación. Esto puede afectar la precisión de los resultados de una computadora cuántica.

Cuando se aplica, La prueba de los investigadores produce dos porcentajes:qué tan cerca estima que está la computadora cuántica del resultado correcto y qué tan seguro puede estar un usuario de esa cercanía.

La prueba ayudará a los constructores de computadoras cuánticas a determinar si su máquina está funcionando correctamente para ayudar a refinar su desempeño. un paso clave para establecer la utilidad de la computación cuántica en el futuro.

El Dr. Animesh Datta del Departamento de Física de la Universidad de Warwick dijo:"Una computadora cuántica solo es útil si hace dos cosas:primero, que resuelve un problema difícil; el segundo, que creo que es menos apreciado, es que resuelve correctamente el problema difícil. Si lo resuelve incorrectamente, no teníamos forma de averiguarlo. Por tanto, lo que ofrece nuestro artículo es una forma de decidir qué tan cerca está el resultado de un cálculo de ser correcto ".

Determinar si una computadora cuántica ha producido una respuesta correcta a un problema difícil es un desafío importante ya que, por definición, estos problemas están más allá del alcance de una computadora clásica existente. Verificar que la respuesta que ha producido es correcta generalmente implica el uso de una gran cantidad de computadoras clásicas para abordar el problema. algo que no es factible de hacer ya que abordan problemas cada vez más desafiantes.

En lugar de, los investigadores han propuesto un método alternativo que implica el uso de la computadora cuántica para ejecutar una serie de cálculos sencillos cuya respuesta ya conocemos y establecer la precisión de esos resultados. Basado en esto, los investigadores pueden establecer un límite estadístico sobre qué tan lejos puede estar la computadora cuántica de la respuesta correcta en el problema difícil que queremos que responda, conocido como el cálculo de destino.

Es un proceso similar al que usan los programadores de computadoras para verificar grandes programas de computadora, poniendo pequeñas funciones con respuestas conocidas. Si el programa responde correctamente a suficientes respuestas, entonces pueden estar seguros de que todo el programa es correcto.

El Dr. Datta agrega:"El objetivo de tener una computadora cuántica es no gastar una cantidad exponencial de tiempo resolviendo problemas, por lo que tomarse una cantidad exponencial de tiempo para verificar si es correcto o no es contraproducente. Entonces, nuestro método es eficiente porque no requiere una cantidad exponencial de recursos.

"No necesitamos una computadora clásica para verificar nuestra computadora cuántica. Nuestro método es autónomo dentro de un sistema cuántico que se puede utilizar independientemente de los grandes servidores".

El autor principal, Samuele Ferracin, ha estado desarrollando formas para que los científicos que trabajan en computadoras cuánticas incorporen la prueba en su trabajo. Dijo:"Hemos pasado los últimos años pensando en nuevos métodos para verificar las respuestas de las computadoras cuánticas y proponiéndolas a los experimentadores. Los primeros métodos resultaron ser demasiado exigentes para las computadoras cuánticas existentes". que solo puede implementar cálculos 'pequeños' y realizar tareas restringidas. Con nuestro último trabajo, hemos desarrollado con éxito un método que se adapta a las computadoras cuánticas existentes y abarca todas sus principales limitaciones. Ahora estamos colaborando con experimentadores para comprender cómo funciona en una máquina real ".

La computación cuántica aprovecha las propiedades inusuales de la física cuántica para procesar información de una manera completamente diferente a las computadoras convencionales. Aprovechando el comportamiento de los sistemas cuánticos, como existir en varios estados diferentes al mismo tiempo, esta forma radical de computación está diseñada para procesar datos en todos esos estados simultáneamente, lo que le otorga una gran ventaja sobre la informática clásica. Ciertos tipos de problemas como los que se encuentran en el descifrado de códigos y en la química, son particularmente adecuados para explotar esta propiedad.

Los últimos años han sido testigos de avances experimentales sin precedentes. Las computadoras cuánticas más grandes están duplicando su tamaño cada seis meses y ahora parecen estar muy cerca de lograr la supremacía cuántica. La supremacía cuántica se refiere a un hito en el desarrollo de las computadoras cuánticas, donde una computadora cuántica realiza por primera vez una función que requeriría una cantidad de tiempo excesivamente grande usando una computadora clásica.

El Dr. Datta agrega:"Lo que nos interesa es diseñar o identificar formas de usar estas máquinas cuánticas para resolver problemas difíciles de física y química, diseñar nuevos productos químicos y materiales, o identificar materiales con propiedades interesantes o exóticas. Y es por eso que estamos particularmente interesados ​​en la exactitud del cálculo ".