Simulación de infinitas partículas caóticas usando una computadora cuántica

Ordenador cuántico utilizado en este trabajo. a, Sección de la trampa de superficie de electrodo segmentado Quantinuum H1-1, que muestra cinco zonas de puerta en púrpura (las extensiones de cristal iónico de 750 μm de ancho y las cinturas del rayo láser no están dibujadas a escala). La computadora funciona de manera similar a la descrita en otro lugar (excepto con la operación de compuertas paralelas en las tres zonas de compuertas centrales (G2–G4)), con iones qubit 171Yb+ (verde) e iones refrigerantes 138Ba+ (blanco) almacenados en dos iones. o cristales de cuatro iones. El emparejamiento arbitrario de qubits se logra mediante el transporte de iones a lo largo del nulo de radiofrecuencia lineal (línea discontinua) a 70 μm por encima de la superficie. b, el enfriamiento simpático del estado fundamental seguido de nuestra compuerta Mølmer-Sørenson insensible a la fase de dos qubits se implementa en paralelo a través de G2-G4 en configuraciones de cristal Yb-Ba-Ba-Yb. Cada cristal tiene una extensión aproximada de 8 μm, y los láseres de puerta y de enfriamiento (longitudes de onda, 493 y 368 nm, respectivamente) tienen cinturas de haz nominales de 17,5 μm. c, fidelidades promedio típicas (es decir, representativas durante la duración de la toma de datos) de puertas de un solo qubit (SQ), puertas de dos qubit (TQ) y preparación y medición de estado combinado (SPAM) realizadas a través de una evaluación comparativa aleatoria. Crédito:Física de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41567-022-01689-7

Un equipo de investigadores de Quantinuum, en colaboración con un colega de la Universidad de Texas, Austin, ha desarrollado una forma de simular un número infinito de partículas caóticas utilizando una computadora cuántica que funciona con un número limitado de qubits. En su artículo publicado en la revista Nature Physics , el grupo describe su técnica.

Para aprender más sobre cómo se comportan las moléculas en los materiales, los investigadores han ideado estrategias para simular su comportamiento en una computadora. Tales intentos han funcionado bien con operaciones simples, pero han tenido problemas al simular complejidad, como una línea infinitamente larga de partículas que interactúan durante un período de tiempo determinado. Los intentos con las supercomputadoras tradicionales se han estancado y los investigadores han teorizado que una computadora cuántica podría hacer el trabajo bastante bien. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han descubierto que efectivamente es así.

Los investigadores afirman que la clave para ejecutar un algoritmo capaz de abordar tal problema se redujo a un diseño que no solo llevó a cabo las operaciones necesarias para ejecutar la simulación, sino que también agregó un código que permitiría que dicha simulación se ejecutara con muy pocos qubits. Una vez que tuvieron un algoritmo que pensaron que funcionaría, el equipo recurrió al hardware. Eligieron una máquina que usaba qubits representados por átomos de iterbio y modificaron la cantidad de qubits que se ejecutaron de tres a 11.

Los investigadores descubrieron que podían ejecutar su algoritmo con una cantidad tan pequeña de qubits porque incorporaron un sistema que reciclaba los qubits:cuando se usaba un qubit, los que ya se habían usado se restablecían a su estado original y luego utilizado de nuevo, una técnica llamada dinámica holográfica. Este proceso se repitió a medida que se ejecutaba la simulación. Para probar el sistema, los investigadores realizaron una simulación de un proceso que ya había sido verificado con otras técnicas. El equipo planea probar el sistema con una simulación que no se puede demostrar usando una supercomputadora convencional. + Explora más