El desarrollo de computadoras cuánticas se está llevando a cabo en todo el mundo y existen varios conceptos sobre cómo se puede implementar la computación utilizando las propiedades del mundo cuántico. Muchos de estos ya han avanzado experimentalmente en áreas que ya no se pueden emular en las computadoras clásicas. Pero las tecnologías aún no han llegado al punto en que puedan usarse para resolver problemas computacionales más grandes. Por lo tanto, los investigadores actualmente están buscando aplicaciones que puedan implementarse en las plataformas existentes. "Estamos buscando tareas que podamos calcular en el hardware existente", dice Rick van Bijnen, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria en Innsbruck. Un equipo formado por Van Bijnen y el grupo de investigación de Lechner ahora propone un método para resolver problemas de optimización utilizando átomos neutros.

Solución de software

Para desarrollar aplicaciones relevantes desde el punto de vista científico e industrial para el hardware cuántico existente en un futuro cercano, los investigadores están buscando algoritmos especiales que coincidan estructuralmente con las fortalezas de una plataforma cuántica. “Este codiseño de algoritmos y plataformas experimentales permite que estos sistemas funcionen sin corrección de errores, algo que aún hoy es difícil de lograr”, explica Wolfgang Lechner, del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck. Los físicos prevén que su algoritmo de optimización se implemente en átomos neutros atrapados y dispuestos en pinzas ópticas. Se pueden programar a través de la interacción de estados de Rydberg altamente excitados. Para evitar las limitaciones de los enfoques anteriores, los físicos no implementan el algoritmo directamente, sino que utilizan la llamada arquitectura de paridad, un diseño de hardware escalable e independiente del problema para problemas de optimización combinatoria, que Wolfgang Lechner desarrolló junto con Philipp Hauke ​​y Peter Zoller. en Innsbruck.

De esta manera, el algoritmo de optimización requiere solo operaciones de un solo qubit dependientes del problema y operaciones de cuatro qubit independientes del problema. Encontrar una implementación directa y simple para estas operaciones de cuatro qubits fue el mayor desafío para los investigadores de Innsbruck. Para ello, han diseñado una puerta cuántica especial. "Implementamos el algoritmo directamente en el lenguaje del experimento", explica el primer autor Clemens Dlaska. "Por lo tanto, el algoritmo se puede realizar en el hardware cuántico actual simplemente optimizando la duración de los pulsos láser en un circuito de retroalimentación".

Arbitrariamente escalable

Con el concepto propuesto, el rendimiento del hardware cuántico existente para resolver problemas de optimización relevantes puede investigarse para tamaños de problemas actualmente imposibles de simular en las supercomputadoras clásicas. El hecho de que tanto la plataforma de hardware como la solución de software puedan ampliarse en gran medida sin modificaciones es una ventaja importante del nuevo método.

El equipo de Innsbruck ha presentado ahora su nuevo concepto en Physical Review Letters . + Explora más

Actualización de la computadora cuántica