Las computadoras cuánticas fotónicas.
El aprovechamiento de las características únicas del mundo cuántico promete una dramática aceleración en el procesamiento de la información, en comparación con las máquinas más rápidas clásicas. Científicos del Grupo de Philip Walther de la Facultad de Física de la Universidad de Viena (Austria) en colaboración con la Universidad de Jena (Alemania) han tenido éxito en el prototipo de un nuevo y altamente eficiente modelo de recurso de computador cuántico - la computadora de muestreo del bosón.
La computadora cuántica
Las computadoras cuánticas funcionan mediante la manipulación de objetos cuánticos como, por ejemplo, los fotones individuales, electrones o átomos y por el aprovechamiento de las características cuánticas exclusivas. Las computadoras cuánticas no solo prometen un espectacular aumento en la velocidad sobre las computadoras clásicas en una variedad de tareas de cálculo, sino que además están diseñadas para completar las tareas que incluso una supercomputadora no sería capaz de manejar.
Si bien, en los recientes años, ha habido un rápido desarrollo en la tecnología cuántica, la realización de una computadora cuántica de tamaño completo es aún un gran reto.
Aunque es todavía una emocionante cuestión abierta que la arquitectura y los objetos cuánticos finalmente darán lugar al rendimiento superior de las supercomputadoras convencionales, los experimentos actuales muestran que algunos objetos cuánticos están mejor adecuados que otros para determinadas tareas computacionales. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista científica “Nature Photonics”.
La potencia computacional de los fotones
La enorme ventaja de los fotones - un tipo particular de bosones - radica en su alta movilidad. El equipo de investigación de la Universidad de Viena (Austria) en colaboración con científicos de la Universidad de Jena (Alemania) han dado cuenta recientemente de una así llamada computadora de muestreo del bosón que utiliza precisamente esta característica de los fotones.
Se insertan los fotones en una red óptica compleja donde puedan propagarse a lo largo de muchas rutas diferentes. “De acuerdo con las leyes de la física cuántica, los fotones parecen tomar todas las rutas posibles a la vez. Esto se conoce como superposición.
Sorprendentemente, se pueden registrar los resultados del cálculo y no trivialmente: Se mide el número de fotones de salida en lo que es el rendimiento de la red “, explica Philip Walther de la Facultad de Física.
La red óptica, en la parte central de la computadora de muestreo del bosón. De acuerdo con las leyes de la física cuántica, los fotones parecen tomar rutas diferentes al mismo tiempo, como se muestra en la imagen.
Cómo vencer a una supercomputadora
Un computadora clásica depende de una descripción exacta de la red óptica para calcular la propagación de los fotones a través de este circuito. Para unas pocas docenas de fotones y una red óptica con apenas un centenar de entradas y salidas, incluso la más rápida supercomputadora clásica de hoy es incapaz de calcular la propagación de los fotones.
Sin embargo, para una computadora de muestreo del bosón esta ambiciosa tarea está al alcance. Los investigadores asumieron el reto y construyeron su prototipo basado en una propuesta teórica de los científicos en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE.UU.).
“Es crucial verificar el funcionamiento de una computadora de muestreo del bosón mediante la comparación de sus resultados con las predicciones de la física cuántica. Irónicamente, esta prueba sólo se puede realizar en una computadora clásica. Afortunadamente, para los sistemas de computadora clásica, bastante pequeños, siguen siendo capaces de lograr esto “, como Max Tillmann, primer autor de la publicación, señala.
Por lo tanto, los investigadores han demostrado con éxito que su realización de la computadora de muestreo del bosón funciona con alta precisión. Estos alentadores resultados pueden abrir el camino al primer funcionamiento superior de las computadoras clásicas en un futuro no tan lejano.
Google apuesta a la computación cuántica
Google y una empresa asociada con la NASA están formando un laboratorio para estudiar la inteligencia artificial por medio de equipos que utilizan las propiedades inusuales de la física cuántica. Se espera que su computadora cuántica, que realiza cálculos complejos miles de veces más rápido que las supercomputadoras actuales esté en uso activo en el tercer trimestre de este año.
El Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica usará la computadora cuántica adiabática más avanzada disponible en el mercado, la D-Wave Two, la cual es 500.000 veces superior a su antecesora D-Wave One, con un poder de cálculo de 512qubits. La cual fue comparada contra una computadora basada en el microprocesador Intel Xeon E5-2690, obteniendo el resultado promedio de 4.000 veces superior.
El Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica, así llamada la entidad, se centrará en el aprendizaje de la máquina, que es la forma en que los equipos toman nota de los patrones de información para mejorar sus productos. La búsqueda personalizada de Internet y las predicciones de la congestión del tráfico en función de los datos del GPS son ejemplos del aprendizaje automático. El campo es particularmente importante para los asuntos como el reconocimiento facial o de voz, comportamiento biológico, o la gestión de sistemas muy grandes y complejos.
“Si queremos crear políticas ambientales efectivas, necesitamos mejores modelos para saber lo que le está sucediendo a nuestro clima”, dijo Google en un blog anunciando la asociación. “Las computadoras clásicas no son adecuadas para este tipo de problemas creativos “.
Google dijo que ya había ideado algoritmos de aprendizaje automático que funcionarían dentro de la computadora cuántica, que ha sido hecha por D-Wave Systems, una empresa camadiense de computadoras cuánticas, con sede en Burnaby, Columbia Británica. Se puede reconocer rápidamente la información, el ahorro de energía en los dispositivos móviles, mientras que otro éxito fue clasificando datos erróneos o mal etiquetados. Los métodos más eficaces para el uso de la computación cuántica, según Google, involucran combinar las máquinas avanzadas, con las nubes de las computadoras tradicionales.
Google compró la máquina en cooperación con la Asociación de Universidades de Investigación Espacial, una corporación no lucrativa de investigación que trabaja con la NASA y otros, para avanzar en la ciencia y la tecnología espaciales. también se invitará a los investigadores externos al laboratorio.
Este año, D-Wave vendió su primera computadora cuántica comercial a Lockheed Martin. Los funcionarios de Lockheed dijeron que la computadora se utiliza para operaciones de prueba y medida de directivas, tales como diseños de aviones a reacción, o fiabilidad de sistemas de satélite.
La computadora de D-Wave funciona mediante la formulación de problemas complejos en términos de resultados óptimos. El clásico ejemplo de este tipo de problema es encontrar la manera en la que un viajante de comercio debe visitar a 10 clientes para lograr más eficiencia, pero los problemas del mundo real ahora incluyen cientos de tales variables y contingencias. El problema de los bastidores de la máquina de D-Wave es en términos de estados de energía, y utiliza la física cuántica para determinar rápidamente un resultado que satisfaga las variables con el menor uso de energía.
El chip en el corazón de las computadoras de D-Wave se enfría cerca de 0,02 Kelvin (-273,13 grados Celsius), más frío que nada en el universo conocido.
En pruebas de septiembre pasado, un investigador independiente encontró que para algunos tipos de problemas la computadora cuántica era 3600 veces más rápida que las supercomputadoras tradicionales. De acuerdo con un funcionario de D-Wave, la máquina se desempeña mejor aún en las pruebas de Google, que involucran 500 variables con diferentes limitaciones.
“Las más difíciles y complejas tuvieron mejor rendimiento”, dijo Colin Williams, director de desarrollo de negocios de D-Wave. “Para la mayoría de los problemas, fue 11.000 veces más rápida, pero con una dificultad de 50 por ciento fue 33.000. En el 25 por ciento, 50.000 veces más rápida”. Google no quiso hacer comentarios, además de la entrada del blog.
La máquina de Google va a usarse en las instalaciones de Investigaciones Ames de la NASA, ubicado cerca de la sede de Google, haciendo uso de las interacciones de 512 bits cuánticos o qubits, para determinar la optimización. Ellos planean actualizar el equipo a 2048 qubits cuando estos estén disponibles, probablemente en el próximo año o dos. Esa máquina puede ser exponencialmente más potente.
Google no dijo cómo podría implementar una computadora cuántica en su actual red global de centros de datos de la computer-intensive, que se encuentra entre las mayores del mundo. D-Wave, sin embargo, propone eventualmente conectar su máquina cuántica a los sistemas de computación en la nube, haciendo que los problemas excepcionalmente difíciles puedan ser resueltos por los servidores regulares.
Las aplicaciones potenciales incluyen las finanzas, la salud y la seguridad nacional, dijo Vern Brownell, director general de D-Wave. “La visión a largo plazo es la nube cuántica, con unos sistemas de alto rendimiento sofisticado”, dijo. “Se puede utilizar para capacitar a un algoritmo cuántico, para que se exprese en un teléfono o hacer cuantiosas simulaciones para una institución financiera”.
El Sr. Brownell, quien fundó una compañía servidor informático, fue también oficial técnico en jefe de Goldman Sachs. Goldman es un inversor de D-Wave, con Jeff Bezos, fundador de Amazon.com. Amazon Web Services es otra nube global, que alquila el almacenamiento de datos, computación y aplicaciones a miles de empresas.
Este mes D-Wave estableció una empresa estadounidense, considerada necesaria para ciertos tipos de ventas de tecnología de seguridad nacional para el gobierno de los Estados Unidos.
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