Investigadores chinos crean supercomputadora cuántica impulsada por circuitos ópticos

Un equipo de investigadores de varios institutos de investigación de todo China han demostrado recientemente la supremacía cuántica gracias a una computadora cuántica fotónica. Un artículo publicado recientemente por la revista Science describe la computadora cuántica como “Jiuzhang”.

Según informa LiveScience, la computadora cuántica, diseñada principalmente por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología, es aparentemente sustancialmente más poderosa que la computadora cuántica diseñada por Google en 2019. En 2019, Google afirmó que había diseñado la primera computadora en lograr la “supremacía cuántica”, que se refiere al uso de computadoras cuánticas para superar a las supercomputadoras tradicionales actuales. Según informes, Jiuzhang es alrededor de 10 mil millones de veces más rápida que la computadora cuántica diseñada por Google.

En los últimos años, China ha invertido enormes sumas de dinero en el área de la computación cuántica, financiando la investigación en el Laboratorio Nacional de Ciencias de la Información Cuántica de la nación por aproximadamente $10 mil millones de dólares. Además, China es actualmente uno de los líderes mundiales en redes cuánticas. Las redes cuánticas utilizan la mecánica cuántica para codificar los datos mientras se transmiten a largas distancias.

Las computadoras cuánticas aprovechan las propiedades únicas de las partículas cuánticas para obtener un mejor rendimiento que las computadoras tradicionales. Las computadoras clásicas solo pueden procesar datos que existen en uno de dos estados diferentes. Los bits en este sistema binario utilizan unos y ceros para representar los datos, y están inherentemente limitados en comparación con los bits cuánticos (qubits), que pueden existir en más de dos estados al mismo tiempo. Esta propiedad permite que las computadoras cuánticas manejen problemas más complejos y procesen tareas mucho más rápido que incluso las mejores supercomputadoras de hoy en día.

Se ha teorizado durante mucho tiempo que las computadoras cuánticas podrían superar dramáticamente a las computadoras modernas, pero producir una computadora cuántica confiable es un desafío de ingeniería que aún está en curso. Las computadoras cuánticas a menudo necesitan estar ubicadas en entornos controlados que eviten las fluctuaciones en la temperatura u otras variables ambientales que podrían afectar los cálculos de una computadora cuántica. Los grupos de investigación de todo el mundo han experimentado con diferentes formas de construir computadoras cuánticas. Mientras que la computadora cuántica de Google se basaba en materiales superconductores integrados con chips, Jiuzhang se basa en circuitos ópticos.

Para probar Jizhang, el equipo de investigación lo hizo calcular la salida de un circuito que utiliza la luz y devuelve una lista de números. Este proceso se conoce como muestreo de bosones gaussianos. El objetivo era detectar la mayor cantidad de fotones posible. Jiuzhang es un circuito óptico en sí mismo y logró detectar un promedio de 43 fotones, alcanzando un récord de 76 fotones.

Según el artículo publicado en Science, tomó aproximadamente 200 segundos generar la lista de números para cada prueba de la computadora cuántica. Las supercomputadoras tradicionales tardarían alrededor de 2,5 mil millones de años en generar la misma lista de números. Si la misma tasa de cálculo se mantiene para otras tareas, las computadoras cuánticas pueden ser capaces de realizar cálculos alrededor de 100 billones de veces más rápido que las supercomputadoras tradicionales.

Es importante destacar que Jiuzhang solo puede realizar una gama estrecha de tareas para las que fue desarrollada, que se centran en el muestreo de bosones gaussianos. Jiuzhang no es una computadora cuántica general. Sin embargo, es un paso hacia la creación de computadoras cuánticas prácticas.

Como informa TechXplore, la computadora Jiuzhang no es el único ejemplo reciente de avances en la tecnología de computación basada en la luz con posibles impactos en la inteligencia artificial. Un equipo de investigadores ha revisado recientemente los avances en la aplicación de la computación óptica a las tecnologías de computación visual, encontrando que las plataformas de computación óptica pueden potencialmente combinarse con redes neuronales profundas.

El equipo de investigación estudió varios ejemplos de computación óptica junto con la inteligencia artificial para encontrar que la inferencia de la inteligencia artificial basada en la luz que se mueve a través de dispositivos ópticos podría usarse para crear nuevas formas de tecnologías de computación visual. Estas incluyen redes neuronales ópticas que pueden procesar y clasificar objetos rápidamente sin la necesidad de una fuente de alimentación externa, dependiendo de la luz entrante para alimentar los cálculos.

Los dispositivos de inteligencia artificial que operan en sistemas como hogares inteligentes, sensores remotos y vehículos autónomos podrían mejorar el poder de una computadora electrónica regular utilizando la luz para analizar rápidamente los objetos y el entorno que rodea a ese objeto. Los sistemas de computadora híbrida óptica podrían aprovechar la flexibilidad de las computadoras tradicionales con el paralelismo y la velocidad de las computadoras ópticas.