Investigadores Desarrollan Método para Medir Computadoras Cuánticas

Investigadores de la Universidad de Waterloo han desarrollado un método para medir el rendimiento de las computadoras cuánticas, y esto podría ayudar a establecer estándares universales para estas máquinas. 

El nuevo método se llama benchmarking cíclico, y los investigadores lo utilizan para evaluar el potencial de escalabilidad. El método también se utiliza para comparar diferentes plataformas cuánticas entre sí. 

Joel Wallman es profesor asistente en la Facultad de Matemáticas y el Instituto de Computación Cuántica de Waterloo.

“Este hallazgo podría ir muy lejos hacia el establecimiento de estándares para el rendimiento y fortalecer el esfuerzo por construir una computadora cuántica grande y práctica”, dijo Wallman. “Un método consistente para caracterizar y corregir los errores en los sistemas cuánticos proporciona estandarización para la forma en que se evalúa un procesador cuántico, lo que permite comparar el progreso en diferentes arquitecturas de manera justa”.

El benchmarking cíclico ayuda a los usuarios de computación cuántica a comparar plataformas de hardware en competencia y aumentar la capacidad de cada plataforma para encontrar soluciones para lo que estén trabajando.

En este momento, la carrera de la computación cuántica se está volviendo aparente en todo el mundo. La cantidad de plataformas de computación cuántica en la nube y las ofertas están aumentando, y empresas importantes como Microsoft , IBM y Google (GOOGL ) están desarrollando constantemente nueva tecnología. 

El método de benchmarking cíclico funciona determinando la probabilidad total de error bajo cualquier aplicación de computación cuántica dada. Esto ocurre cuando la aplicación se implementa a través de la compilación aleatorizada. El benchmarking cíclico proporciona el primer medio transversal para medir y comparar las capacidades de los procesadores cuánticos, y se personaliza según las aplicaciones en las que los usuarios estén trabajando. 

Joseph Emerson es miembro de la facultad del IQC.

“Gracias al reciente logro de la supremacía cuántica de Google, ahora estamos en el amanecer de lo que yo llamo la `era de descubrimiento cuántico'”, dijo Emerson. “Esto significa que las computadoras cuánticas propensas a errores entregarán soluciones a problemas computacionales interesantes, pero la calidad de sus soluciones ya no podrá ser verificada por computadoras de alto rendimiento.

“Estamos emocionados porque el benchmarking cíclico proporciona una solución muy necesaria para mejorar y validar las soluciones de computación cuántica en esta nueva era de descubrimiento cuántico”.

Emerson y Wallman fundaron Quantum Benchmark Inc., una empresa derivada del IQC. Licenciaron la tecnología a empresas líderes en el campo de la computación cuántica, incluido el esfuerzo de Inteligencia Artificial Cuántica de Google.

La mecánica cuántica convirtió a las computadoras cuánticas en máquinas de computación extremadamente poderosas. Las computadoras cuánticas son capaces de resolver problemas complejos de manera más eficiente que las computadoras tradicionales o digitales. 

Los qubits son la unidad de procesamiento básica en una computadora cuántica, pero son extremadamente frágiles. Cualquier tipo de imperfección o fuente de ruido en el sistema puede provocar ciertos errores que causan soluciones incorrectas en un cálculo cuántico.

El primer paso para avanzar en la computación cuántica es ganar control sobre una computadora cuántica a pequeña escala con uno o dos qubits. Una computadora cuántica más grande podría realizar tareas más complejas, como el aprendizaje automático o la simulación de sistemas complejos, lo que podría llevar a avances como el descubrimiento de nuevos medicamentos. El problema es que ingeniar una computadora cuántica más grande es más desafiante, y la posibilidad de error es mayor a medida que se agregan qubits y el sistema cuántico se escala. 

Se produce un perfil del ruido y los errores cuando se caracteriza un sistema cuántico. Esto indica si el procesador está realizando los cálculos que se le solicitan. Todos los errores significativos deben caracterizarse para entender el rendimiento de una computadora cuántica o para escalar. 

Wallman, Emerson y un grupo de investigadores de la Universidad de Innsbruck desarrollaron un método para evaluar todas las tasas de error que afectan a una computadora cuántica. La nueva técnica se implementó para la computadora cuántica de trampa de iones en la Universidad de Innsbruck, y se encontró que las tasas de error no aumentan a medida que el tamaño de la computadora cuántica se escala. 

“El benchmarking cíclico es el primer método para verificar de manera confiable si se está en el camino correcto para escalar el diseño general de su computadora cuántica”, dijo Wallman. “Estos resultados son significativos porque proporcionan una forma integral de caracterizar los errores en todas las plataformas de computación cuántica”.