Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ahora han demostrado que pueden resolver una pequeña parte de un problema logístico real con sus pequeños, pero una computadora cuántica que funciona bien. Crédito:Yen Strandqvist / Chalmers University of Technology (para montaje fotográfico)
Las computadoras cuánticas ya han logrado superar a las computadoras comunes en la resolución de ciertas tareas; desafortunadamente, totalmente inútiles. El siguiente hito es lograr que hagan cosas útiles. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ahora han demostrado que pueden resolver una pequeña parte de un problema logístico real con sus pequeños, pero una computadora cuántica que funciona bien.
El interés en la construcción de computadoras cuánticas ha ganado un impulso considerable en los últimos años, y se está realizando un trabajo febril en muchas partes del mundo. En 2019, El equipo de investigación de Google logró un gran avance cuando su computadora cuántica logró resolver una tarea mucho más rápido que la mejor supercomputadora del mundo. La desventaja es que la tarea resuelta no tuvo ningún uso práctico:se eligió porque se consideró fácil de resolver para una computadora cuántica, pero muy difícil para una computadora convencional. Por lo tanto, una tarea importante ahora es encontrar útiles, problemas relevantes que están fuera del alcance de las computadoras comunes, pero que podría resolver una computadora cuántica relativamente pequeña.
"Queremos estar seguros de que la computadora cuántica que estamos desarrollando pueda ayudar a resolver problemas relevantes desde el principio. Por lo tanto, trabajamos en estrecha colaboración con empresas industriales, "dice la física teórica Giulia Ferrini, uno de los líderes del proyecto de computadora cuántica de la Universidad Tecnológica de Chalmers, que comenzó en 2018.
Junto con Göran Johansson, Giulia Ferrini dirigió el trabajo teórico cuando un equipo de investigadores de Chalmers, incluyendo un estudiante de doctorado industrial de la empresa de logística de aviación Jeppesen, Recientemente demostró que una computadora cuántica puede resolver una instancia de un problema real en la industria de la aviación.
Todas las aerolíneas se enfrentan a problemas de programación. Por ejemplo, La asignación de aeronaves individuales a diferentes rutas representa un problema de optimización que crece muy rápidamente en tamaño y complejidad a medida que aumenta el número de rutas y aeronaves. Los investigadores esperan que las computadoras cuánticas eventualmente sean mejores para manejar estos problemas que las computadoras actuales. El bloque de construcción básico de la computadora cuántica, el qubit, se basa en principios completamente diferentes a los bits de las computadoras convencionales. permitiéndoles manejar enormes cantidades de información con relativamente pocos qubits.
El criostato enfría la computadora cuántica sueca. Crédito:Johan Bodell / Universidad Tecnológica de Chalmers
Sin embargo, por su estructura y función, Las computadoras cuánticas tienen diferentes requisitos de programación que las computadoras convencionales. Un algoritmo propuesto que se cree que es útil en las primeras computadoras cuánticas es el llamado algoritmo de optimización aproximada cuántica (QAOA). El equipo de investigación de Chalmers ha ejecutado con éxito este algoritmo en su computadora cuántica, un procesador con dos qubits, y demostró que puede resolver con éxito el problema de asignar aviones a rutas. En esta primera demostración, el resultado se pudo verificar fácilmente ya que la escala era muy pequeña:solo involucraba dos aviones.
Potencial para manejar muchos aviones
Con esta hazaña los investigadores fueron los primeros en demostrar que el algoritmo QAOA puede resolver el problema de asignar aviones a rutas en la práctica. También lograron ejecutar el algoritmo un nivel más lejos que nadie antes, un logro que requiere un hardware muy bueno y un control preciso.
"Hemos demostrado que tenemos la capacidad de mapear problemas relevantes en nuestro procesador cuántico. Todavía tenemos una pequeña cantidad de qubits, pero funcionan bien. Nuestro plan ha sido primero hacer que todo funcione muy bien a pequeña escala, antes de escalar, "dice Jonas Bylander, investigador senior responsable del diseño experimental y uno de los líderes del proyecto de construcción de una computadora cuántica en Chalmers.
Los teóricos del equipo de investigación también simularon la resolución del mismo problema de optimización para hasta 278 aviones, lo que requeriría una computadora cuántica con 25 qubits. "Los resultados siguieron siendo buenos a medida que ampliamos la escala. Esto sugiere que el algoritmo QAOA tiene el potencial de resolver este tipo de problema a escalas aún mayores". "dice Giulia Ferrini.
Superar las mejores computadoras de hoy en día sería, sin embargo, requieren dispositivos mucho más grandes. Los investigadores de Chalmers ahora han comenzado a escalar y actualmente están trabajando con cinco bits cuánticos. El plan es alcanzar al menos 20 qubits para 2021 manteniendo la alta calidad.
